Знаете, какая частица встречается чаще всего во Вселенной? Это нейтрино — маленькие, беззарядные частицы с почти нулевой массой, которые практически не взаимодействуют с материей. Они настолько легкие, что электрон весит примерно в шесть миллионов раз больше. За их способность проходить сквозь любые объекты незамеченными их прозвали «частицами-призраками».
Недавно два эксперимента по поиску темной материи впервые засекли так называемый нейтринный туман — плотное облако этих частиц. Эту находку сделали ученые из проектов XENON и PandaX, ведущих исследования темной материи независимо друг от друга в Италии и Китае.
Чтобы обнаружить нейтрино, ученые используют процесс под названием когерентное упругое рассеяние на ядре (CEvNS), при котором нейтрино взаимодействуют со всем ядром, заставляя его слегка отскакивать. Это взаимодействие равномерно распределяет энергию по ядру, позволяя исследователям зафиксировать его. Обычно процесс CEvNS наблюдается с помощью мощных ускорителей частиц, но в экспериментах XENON и PandaX удалось зафиксировать более слабые сигналы, исходящие от нейтрино, образующихся в Солнце.
Оба эксперимента используют детекторы на основе жидкого ксенона для фиксации взаимодействий частиц с атомами ксенона. Этот подход помогает обнаруживать слабые сигналы от неуловимых частиц. За два года работы ученые выявили сигналы CEvNS, поступающие от нейтрино, которые формируются при распаде изотопа Бора-8 в Солнце. Исследователи из XENON зафиксировали 11 сигналов, а PandaX — 75. Надежность данных обоих экспериментов при этом оказалась почти одинаковой: 2,64 сигма для PandaX и 2,73 для XENON. «Кажется, что обе группы действительно засекли нейтринный туман», — прокомментировала Кейт Шолберг, физик из Университета Дьюка.
Несмотря на захватывающий успех, плотные нейтринные облака затрудняют обнаружение темной материи, так как нейтрино создают фоновый шум, маскируя сигналы от темной материи. В экспериментах, где важно зафиксировать редкие взаимодействия с ядрами, этот нейтринный туман может порождать сигналы, схожие с теми, что оставляют частицы темной материи.