Təxminən bir əsrdir ki, alimlər kainatdakı bütün maddənin təxminən 85%-ni təşkil etdiyi düşünülən görünməz maddə olan qaranlıq maddəni müəyyən etməyə çalışırlar. Onun cazibə qüvvəsinin təsirləri bütün kosmosda müşahidə olunsa da, heç bir təcrübə maddənin özünü birbaşa aşkar edə bilməyib. Qaranlıq maddənin nədən ibarət olduğunu kəşf etmək müasir fizikanın ən vacib həll olunmamış problemlərindən biri olaraq qalır.

LUX-ZEPLIN (LZ) təcrübəsinin yeni təhlili xüsusilə maraqlı bir hadisəni ortaya çıxardı. Tədqiqatçılar adi maddənin yaratdığı məlum fon siqnallarından istifadə edərək izah edilməsi çətin olan tək bir hissəcik qarşılıqlı təsirini qeydə aldılar.

Bu tapıntı statistik cəhətdən kəşf kimi qiymətləndiriləcək qədər güclü deyil. Buna baxmayaraq, tədqiqatçılar bunun LZ-nin indiyə qədər bildirdiyi ən cəlbedici potensial qaranlıq maddə siqnalını təmsil etdiyini söyləyirlər.

Təxminən bir mil yeraltında nəhəng detektor

LZ, 39 qurumdan 250 alim və mühəndisin iştirak etdiyi beynəlxalq bir layihədir. Təcrübə ABŞ Energetika Nazirliyinin Lorens Berkli Milli Laboratoriyası (Berkeley Laboratoriyası) tərəfindən idarə olunur və Cənubi Dakotadakı Sanford Yeraltı Tədqiqat Müəssisəsində (SURF) təxminən bir mil yeraltında fəaliyyət göstərir.

Detektorun mərkəzində 10 ton son dərəcə təmiz maye ksenon var. Cihaz əsasən qaranlıq maddəni izah etmək üçün təklif etdiyi aparıcı namizədlərdən biri olan zəif qarşılıqlı təsir göstərən kütləvi hissəcikləri və ya WIMP-ləri axtarmaq üçün hazırlanmışdır.

Yeni nəticələr 2026-cı ildə Yaponiyada keçirilən TeV Hissəciklər Astrofizikası konfransında elmi məruzə zamanı təqdim edilib. Məqalə həmçinin arXiv-ə göndəriləcək və Physical Review Letters -ə təqdim ediləcək .

Braun Universitetinin professoru və LZ-nin sözçüsü Rik Qeytskell bildirib ki, “Bu hadisəni məlumatlarda, qaranlıq maddənin görünməsini gözlədiyimiz və rəqabət aparan fonların çox aşağı olduğu bölgədə görmək bizi çox maraqlandırır. Yalnız bir hadisə ilə özümüzü qabaqlamaq istəmirik. Qaranlıq maddəni gördüyümüzü iddia etmirik. Amma elmi ictimaiyyətlə onların fikirlərini bölüşmək istədiyimiz maraqlı bir şey gördük.”

Məlumatların Yeni Bir Hissəsinin Axtarılması

LZ əməkdaşlığı eksperimental nəticələrini qruplarla araşdırır. Bu son tədqiqat üçün alimlər 2023-cü ilin martı ilə 2024-cü ilin apreli arasında toplanmış 220 canlı müşahidə gününü təhlil ediblər.

Tədqiqatçılar əvvəllər eyni məlumat dəstində WIMP qarşılıqlı təsirlərinin ən sadə formaları ilə əlaqəli çox zəif imzalar axtarmışdılar. Bu dəfə onlar axtarışı detektorun içərisinə daha çox miqdarda enerji yatırmağa qadir olan daha geniş çeşiddə mümkün WIMP qarşılıqlı təsirlərini əhatə etmək üçün genişləndirdilər.

LZ bu cür hadisələrə xüsusilə həssasdır, eyni zamanda onun dizaynı alimlərə adi hissəcik qarşılıqlı təsirlərini qaranlıq maddə ilə səhv salmaq şansını azaltmağa kömək edir.

Böyük Britaniyadakı Bristol Universitetinin baş elmi işçisi və tədqiqatın aparıcı müəllifi Sem Eriksen bildirib ki, “Bu, bu məlumat dəsti daxilində araşdırmadığımız bir bölgədə aparılan ətraflı bir araşdırma idi və fon hadisələrinin bütün mümkün səbəblərini anlamaq üçün aylarla əlavə səy sərf etdik. Detektorumuzu və fonları o qədər yaxşı başa düşürük ki, tapdığımız kimi tək bir görkəmli hadisə belə vacibdir. Qaranlıq maddə hadisələrinin son dərəcə nadir olacağını gözləyirik, buna görə də yalnız bir neçə nəfər WIMP qaranlıq maddəsinin ilk aşkarlanmasını qeyd edə bilər.”

Sirli Hadisənin Mənası Nə Ola Bilər

Əgər qaranlıq maddə həqiqətən də qeyri-adi siqnal yaratsaydı, məsul WIMP-nin kütləsi, ehtimal ki, ən azı 200 GeV/c2 (giqaelektronvolts) olardı. Bu, onu protondan 200 dəfədən çox kütləli edərdi.

Belə bir nəticə, həmçinin WIMP-lərlə adi maddə arasında qaranlıq maddə axtarışlarında adətən nəzərdən keçirilən ən sadə modellərdən kənara çıxan müəyyən bir qarşılıqlı təsir növünə işarə edərdi.

Alimlərin ehtiyatlı qalmasının vacib bir səbəbi var. Zərrəciklər fizikası, ümumiyyətlə, bir nəticənin kəşf hesab edilməzdən əvvəl “5-sigma” statistik əhəmiyyətinə çatmasını tələb edir. Yeni LZ kəşfi hazırda 2.6 sigma səviyyəsindədir.

Tədqiqatçıların fikrincə, bu, qeyri-adi hadisənin məlum fon mənbələri tərəfindən törədilməsi ehtimalının təxminən 0,5%-nə uyğundur.

Daha çox müşahidə çox vacib olacaq. LZ əlavə məlumat topladıqca, alimlər hadisənin statistik əhəmiyyətinin artıb-artmadığını və ya görünən siqnalın nəticədə yox olub-olmadığını görə biləcəklər.

LZ artıq qaranlıq maddə axtarışları üçün dünyanın ən böyük məlumat dəstini toplayıb və SURF-də WIMP məlumatlarını toplamağa davam edəcək və gələcəkdə tədqiqatçılara daha güclü statistika verəcək.

LZ Qaranlıq Maddəni Fon Səs-küyündən Necə Ayırır

Təcrübə, hissəciklərin detektorun içinə enerji yatırması zamanı yaranan xarakterik işıq parıltılarını izləməklə qaranlıq maddəni axtarır.

Çətinlik ondadır ki, adi maddə də hissəcik qarşılıqlı təsirləri yarada bilər. Buna görə də LZ bu fon hadisələrini müəyyən etmək və onların qaranlıq maddə ilə səhv salınmasının qarşısını almaq üçün bir neçə qoruma və təhlil qatından istifadə edir.

Onun yeraltı yeri ilk müdafiə vasitələrindən birini təmin edir. Təcrübənin üzərindəki təxminən bir mil qaya kosmosdan gələn kosmik şüalanmanın böyük bir hissəsini bloklayır. Ətrafdakı su çəni və əlavə xarici detektorlar mərkəzi detektoru fon neytronlarından qorumağa kömək edir.

Tədqiqatçılar həmçinin müxtəlif növ hissəcik qarşılıqlı təsirlərini ayırd etmək və qaranlıq maddədən gözlənilən imzaları təqlid edən hadisələri rədd etmək üçün mürəkkəb hesablama texnikalarından istifadə edirlər.

Bu qeyri-adi hadisə xüsusilə diqqəti cəlb edib, çünki indiyə qədər elm adamlarının kənar bir şeyi daha yaxından araşdırdıqda rastlaşdıqları problemləri aşkar etməmişdir.

Berkeley Laboratoriyasının fizik və LZ-nin İnstitusional Şurasının sədri Aaron Manalaysay bildirib ki, “Məlumatlardakı kənar hadisələr gözlənilməz deyil, lakin onlara daha dərindən baxdıqda adətən bir növ fon kimi ön plana çıxırlar. Bu, üzərində işlədiyim hər hansı bir təcrübədə hər cəhətdən etibarlı görünən kənar bir şeyin ilk nümunəsidir. Əlbəttə ki, hələ də beynimizi fırladaraq qaçıra biləcəyimiz nadir bir fon mexanizminin olub-olmadığını düşünməyə çalışırıq, amma bunun qaranlıq maddə müşahidəsinin ilk işarəsi ola biləcəyini düşünmək həyəcanvericidir.”

Hələlik, izah olunmamış bir hadisə qaranlıq maddənin nəhayət aşkarlandığını demək üçün kifayət deyil. Lakin siqnal qaranlıq maddənin gözlənilə biləcəyi bir bölgədə peyda olduğundan və geniş araşdırmadan keçdiyindən, tədqiqatçılar təcrübə məlumat toplamağa davam etdikcə onun diqqətə layiq olduğuna inanırlar.

Qaranlıq Maddə Axtarışına Beynəlxalq Dəstək

LZ, ABŞ Energetika Nazirliyi, Elm İdarəsi, Yüksək Enerji və Nüvə Fizikası İdarəsi və Energetika Nazirliyinin Elm İdarəsinin istifadəçi mərkəzi olan Milli Enerji Tədqiqatları Elmi Hesablama Mərkəzi tərəfindən dəstəklənir.

Əlavə dəstək Birləşmiş Krallığın Elm və Texnologiya Müəssisələri Şurasından; Portuqaliya Elm və Texnologiya Fondundan; İsveçrə Milli Elm Fondundan; Avstraliya Tədqiqat Şurasının Qaranlıq Maddə Hissəcikləri Fizikası üzrə Mükəmməllik Mərkəzindən; və Koreyanın Əsas Elmlər İnstitutundan gəlir.

Otuz doqquz ali təhsil və qabaqcıl tədqiqat müəssisəsi LZ-yə dəstək göstərib. LZ əməkdaşlığı həmçinin Sanford Yeraltı Tədqiqat Müəssisəsinin köməyini də qeyd edir.