Die LUX-ZEPLIN-Kollaboration meldet eine einzelne Teilchenwechselwirkung, die von Dunkler Materie stammen könnte, betont jedoch den großen Abstand zu einer Entdeckung. Forschende präsentierten das Ergebnis am 1. September auf der Konferenz TeV Particle Astrophysics in Tendo in Japan. Grundlage ist die Analyse von Daten des fast 1,5 Kilometer tief unter der Erde arbeitenden Detektors in South Dakota.
Das Ereignis ähnelte dem Rückstoß eines Xenon-Atomkerns mit einer Energie von etwa 248 Kiloelektronenvolt. Die statistische und die systematische Unsicherheit betragen jeweils 23 Kiloelektronenvolt. Die Kollaboration untersuchte einen bis ungefähr 270 Kiloelektronenvolt erweiterten Energiebereich und prüfte damit Modelle, die energiereichere Kollisionen vorhersagen als herkömmliche Suchen.
LUX-ZEPLIN, kurz LZ, nutzt zehn Tonnen hochreines flüssiges Xenon und Hunderte Lichtsensoren, um äußerst seltene Wechselwirkungen aufzuspüren. Der Standort im Sanford Underground Research Facility und mehrere Abschirmungen verringern kosmische Strahlung sowie radioaktive Störungen. Das gemeldete Ereignis trat am 16. Juni 2023 während einer Exposition von insgesamt 2,84 Tonnenjahren und einer etwa 220 Tage langen Messphase auf.
Nach Berücksichtigung des Effekts mehrfacher Suchmöglichkeiten ermittelte das Team eine globale Signifikanz von 2,6 Sigma. Das entspricht grob einer Wahrscheinlichkeit von 0,5 Prozent, dass bekannte Hintergründe in den getesteten Modellen irgendwo einen mindestens ebenso auffälligen Überschuss erzeugen. Die höchste lokale Signifikanz lag bei 3,4 Sigma. Für eine Entdeckung verlangen Teilchenphysiker gewöhnlich 5 Sigma; zudem liegt die Arbeit bislang nur als nicht begutachteter Vorabdruck vor.
Ein einzelnes Ereignis belegt nach Einschätzung der Fachleute nicht, woraus Dunkle Materie besteht. Das Signal passt möglicherweise zu bestimmten Modellen schwach wechselwirkender massereicher Teilchen mit verschiedenen inneren Zuständen oder impulsabhängigen Kopplungen. Ebenso bleiben ein unbekannter Hintergrund oder ein anderer Teilchenprozess denkbar. Unabhängige Physiker erklärten gegenüber Nature und ABC News, erst weitere Ereignisse mit übereinstimmenden Eigenschaften erlaubten belastbare Schlüsse.
Astronomen erschließen Dunkle Materie aus ihrer Schwerkraftwirkung auf Galaxien und schätzen ihren Anteil an der Materie des Universums auf etwa 85 Prozent. Dennoch hat kein Experiment ihre Teilchen direkt identifiziert. LZ sammelt weiter Daten, um zu klären, ob spätere Beobachtungen den ungewöhnlichen Hinweis stärken oder abschwächen. Auch andere Detektoren können ihre Aufzeichnungen nach vergleichbaren hochenergetischen Kernrückstößen durchsuchen.
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