Materia întunecată mai aproape de a fi descoperită

Oamenii de știință au identificat un semnal neobișnuit într-unul dintre cele mai sensibile experimente dedicate căutării materiei întunecate. Evenimentul, înregistrat la aproape 1,5 kilometri sub pământ, nu poate fi explicat cu ușurință prin procesele fizice cunoscute. Deși rezultatul nu reprezintă o descoperire confirmată, cercetătorii consideră că ar putea constitui un indiciu important în încercarea de a înțelege una dintre cele mai mari enigme ale Universului.

Informațiile prezentate în articolul publicat de Descoperă sunt susținute de comunicările oficiale ale Departamentului Energiei din SUA, ale UK Research and Innovation și ale Universității Massachusetts Amherst. Aceste instituții confirmă identificarea unui eveniment neobișnuit în cadrul experimentului LUX-ZEPLIN (LZ), însă subliniază că dovezile disponibile sunt insuficiente pentru a demonstra detectarea materiei întunecate.

Un semnal neașteptat, detectat la mare adâncime

Experimentul LUX-ZEPLIN, amplasat în Sanford Underground Research Facility din statul american Dakota de Sud, a înregistrat o interacțiune între particule care ridică întrebări importante pentru fizica modernă. Instalația funcționează la aproape 1,5 kilometri sub suprafața Pământului. Amplasarea subterană reduce interferențele provocate de radiațiile cosmice și permite identificarea unor evenimente extrem de rare.

Detectorul utilizează aproximativ 10 tone de xenon lichid ultrap purificat. Acest material permite observarea unor interacțiuni care ar putea fi produse de particule ipotetice de materie întunecată. În urma analizării datelor colectate pe parcursul a 220 de zile de funcționare, între martie 2023 și aprilie 2024, cercetătorii au identificat un singur eveniment care nu se potrivește cu explicațiile obișnuite.

Evenimentul a produs un semnal compatibil cu reculul unui nucleu atomic, fenomen care poate apărea atunci când o particulă transferă energie unui atom de xenon. Echipa a verificat mai multe posibile surse de interferență, fără să identifice o explicație satisfăcătoare. Totuși, posibilitatea existenței unui proces fizic obișnuit, încă neidentificat în analiză, nu poate fi exclusă.

Ce este materia întunecată și de ce este atât de greu de detectat?

Materia întunecată reprezintă una dintre cele mai importante probleme nerezolvate ale cosmologiei. Spre deosebire de materia obișnuită, din care sunt alcătuite stelele, planetele și organismele vii, materia întunecată nu emite, nu reflectă și nu absoarbe lumina în mod detectabil.

Existența sa este dedusă în principal din efectele gravitaționale observate asupra galaxiilor și structurilor cosmice. Estimările cosmologice indică faptul că materia întunecată reprezintă aproximativ 85% din totalul materiei existente în Univers. Restul de circa 15% este materie obișnuită.

Acest procent nu trebuie confundat cu ponderea sa în întregul conținut energetic al Universului, unde materia întunecată reprezintă aproximativ 27%. Fără contribuția gravitațională atribuită materiei întunecate, vitezele de rotație ale galaxiilor și comportamentul unor roiuri galactice ar fi dificil de explicat prin modelele convenționale. Cu toate acestea, natura microscopică a materiei întunecate rămâne necunoscută.

Particulele WIMP, printre principalii candidați

Una dintre ipotezele investigate de fizicieni presupune existența unor particule masive care interacționează foarte slab cu materia obișnuită. Acestea sunt cunoscute sub denumirea de WIMP, prescurtare pentru Weakly Interacting Massive Particles. Dacă există, asemenea particule ar putea traversa Pământul și corpurile noastre fără să producă interacțiuni observabile în mod obișnuit.

Experimentul LUX-ZEPLIN încearcă să detecteze tocmai aceste interacțiuni rare. În scenariul în care o particulă WIMP lovește nucleul unui atom de xenon, transferul de energie poate genera un semnal luminos și electroni care sunt înregistrați de detector.

Analiza evenimentului neobișnuit sugerează că, dacă acesta a fost produs de o particulă de materie întunecată, masa sa ar putea depăși 200 GeV/c², adică de peste 200 de ori masa protonului. Această interpretare ar indica și un mecanism de interacțiune mai complex decât cel prevăzut de cele mai simple modele teoretice.

Cât de convingătoare este descoperirea? Pragul statistic nu a fost atins

Semnificația statistică a rezultatului LZ

Neconfirmat

Rezultat obținut

Prag pentru descoperire

Comparație orientativă a valorilor sigma. Nu reprezintă o probabilitate de confirmare a materiei întunecate. Rezultatul raportat de colaborarea LUX-ZEPLIN are o semnificație statistică de 2,6 sigma. În condițiile modelului statistic utilizat, aceasta corespunde unei probabilități de aproximativ 0,5% ca procesele de fond cunoscute să producă un rezultat cel puțin la fel de neobișnuit.

În fizica particulelor, confirmarea unei descoperiri necesită, în mod obișnuit, atingerea pragului de 5 sigma. Prin urmare, rezultatul nu demonstrează că materia întunecată a fost detectată. El indică doar existența unui eveniment care merită investigat. Cercetătorii atrag atenția că și un singur semnal poate avea importanță într-un experiment proiectat să observe interacțiuni extrem de rare. Totuși, interpretarea sa necesită verificări suplimentare.

Ce urmează pentru experimentul LUX-ZEPLIN?

Cercetătorii vor continua analiza datelor și monitorizarea interacțiunilor înregistrate de detector. Obiectivul este identificarea unor evenimente similare, care ar putea confirma existența unui tipar fizic necunoscut. O eventuală repetare a semnalului, în condiții compatibile cu modelele teoretice, ar consolida ipoteza unei interacțiuni cu materia întunecată. În schimb, dacă noile date indică o sursă obișnuită de radiație sau un fenomen instrumental, interpretarea inițială va trebui revizuită.

Experimentul LZ este rezultatul unei colaborări internaționale la care participă aproximativ 250 de cercetători și ingineri din 39 de instituții. Rezultatele preliminare au fost prezentate în septembrie 2026, la conferința TeV Particle Astrophysics din Japonia. Cercetarea a fost pregătită pentru evaluare și publicare în revista științifică Physical Review Letters.

De ce ar putea schimba această descoperire modul în care înțelegem Universul?

Confirmarea existenței particulelor WIMP ar reprezenta un progres major pentru fizica fundamentală. Modelul Standard al fizicii particulelor descrie cu succes numeroase interacțiuni fundamentale, dar nu oferă o explicație confirmată pentru natura materiei întunecate. Identificarea unei noi particule ar putea deschide direcții de cercetare dincolo de acest model.

O asemenea descoperire ar contribui la înțelegerea formării galaxiilor, a evoluției structurilor cosmice și a distribuției materiei în Univers. Totodată, ar putea ajuta cercetătorii să stabilească de ce materia vizibilă reprezintă doar o mică parte din masa totală a cosmosului.

Concluzie: un indiciu promițător, nu o descoperire definitivă

La aproape un secol de la primele observații astronomice care au sugerat existența materiei întunecate, cercetătorii continuă să caute dovezi directe ale particulelor care ar putea să o compună.

Evenimentul identificat de experimentul LUX-ZEPLIN reprezintă un rezultat interesant, deoarece nu poate fi explicat cu ușurință prin sursele de fond analizate până acum. Totuși, semnificația sa statistică este insuficientă pentru confirmarea unei descoperiri. Pentru moment, materia întunecată rămâne o componentă a Universului susținută de numeroase observații gravitaționale, dar a cărei natură microscopică nu a fost identificată experimental.

Noile rezultate arată cât de aproape ar putea fi cercetătorii de obținerea unor răspunsuri, dar și cât de riguros trebuie verificat fiecare semnal înainte de a fi anunțată o descoperire fundamentală.