В начале сентября 2026 года международная коллаборация LZ сообщила на конференции по астрофизике высоких энергий (2026 TeV Particle Astrophysics conference) в Японии о единичном событии, которое может оказаться «подписью» упругого столкновения ядра ксенона с одной из гипотетических частиц темной материи ¹.

О темной материи написано и сказано так много, что повторения, вероятно, излишни. Напомню только, что в число ее предполагаемых носителей входят так называемые вимпы, Weakly Interacting Massive Particles. Эта гипотеза обсуждалась в тысячах теоретических работ и проверялась в целом ряде лабораторий. Вряд ли надо уточнять, что они пока не обнаружены. Максимум, что удалось сделать, — это ввести некоторые ограничения на их ожидаемые свойства.

Например, таков результат многомесячных экспериментов на новейшей установке LUX-Zeplin (LZ), смонтированной на глубине 1480 м в закрытом в 2002 году золотом руднике Хоумстейк в Южной Дакоте (эта подземная лаборатория сейчас называется Sanford Underground Research Facility, SURF). Эксперименты там ведет интернациональная коллаборация с таким же названием, включающая около 250 участников из 39 научных центров США, Великобритании, Португалии, Швейцарии, Южной Кореи и Австралии. Благодаря их усилиям был построен суперсовременный детектор, вмещающий 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Его рабочая камера представляет из себя цилиндр полутораметрового диаметра и примерно такой же высоты, помещенный в титановый криостат. Она заполнена жидким ксеноном, небольшая часть которого для повышения чувствительности измерений находится в газообразной фазе. Детекторный комплекс оснащен системой датчиков, предназначенных для регистрации электромагнитных сигналов, которые могут порождать частицы темной материи при столкновениях с атомами рабочего тела (т. е. ксенона). Он с максимальной надежностью защищен от космических лучей, сейсмических возмущений и других внешних воздействий и снабжен электронными фильтрами, предназначенными для выявления и нейтрализации ложных и паразитных сигналов. В общем, это весьма сложный приборный комплекс, работа которого основана на самых современных технологиях физического эксперимента².

Теперь несколько слов о принципах поиска вимпов на современных жидкостных детекторах (чаще всего криогенных). Теории, на которых основана «вимповая парадигма», утверждают, что в одном кубическом метре пространства вблизи земной поверхности может содержаться от нескольких сотен до нескольких тысяч вимпов. При столкновениях с ядрами обычного вещества они теряют часть кинетической энергии и отдают ее детектору. Хотя такие столкновения могут происходить не чаще нескольких раз в сутки, а выделяемая энергия очень мала, их можно не только зарегистрировать, но и отделить от столкновений с космическими лучами и осколками земных радионуклидов.

Есть два основных способа прямой регистрации вимпов в детекторах этого типа. Во-первых, при отскоке ядра атома рабочего тела от вимпа могут излучаться кванты света (это всем известная сцинцилляция), которые улавливаются высокочувствительными фотоумножителями. Кроме того, атом при этом может потерять часть электронов и превратиться в ион, а эти электроны опять-таки можно зарегистрировать. В установках на жидком ксеноне фиксируются как сцинтилляционные ультрафиолетовые фотоны, так и электроны ионизации. Описание аппаратных деталей такой регистрации выходит за рамки моей статьи. Отмечу только, что для этого используются решетки высокочувствительных фотоумножителей и что все применяемые технологии измерений и способы оценки их результатов давно и хорошо отработаны. При этом благородные газы, такие как ксенон и аргон, особенно хорошо подходят в качестве рабочих тел таких детекторов.

Двухфазный метод регистрации вимпов, предполагающий сосуществование жидкой и газообразной фаз рабочего тела, сильно улучшил возможность регистрации ионизационных электронов. Нельзя не напомнить, что впервые его в начале 1970-х годов предложили советские физики Борис Долгошеин, Владимир Лебеденко и Борис Родионов, хотя и в другом экспериментальном контексте³.

По данным на конец 2025 года, результаты коллаборации LZ почти полностью исключили существование вимпов с массами в диапазоне от трех до 9 ГэВ (то есть, от трех до девяти протонных масс). Кроме того, они позволили заключить, что вимпы с массами свыше 40 ГэВ почти не способны рассеиваться на ядрах ксенона из-за исключительной малости поперечного сечения таких реакций, которое не может превышать 2×10^–48 см² (для сравнения: площадь геометрического сечения ядра ксенона приблизительно равна 10^–25 см²). Если это и в самом деле так, то шансы обнаружить вимпы с такими массами на ксеноновых детекторах окажутся очень малы.

Однако это заключение вскоре было поставлено под сомнение событием, о котором говорилось в первом абзаце. Оно было зарегистрировано 16 июня 2023 года, однако учтено и проанализировано через два с лишним года. Экспериментаторы оценили выделившуюся в этом акте энергию приблизительно в 250 кэВ. Если это действительно был отскок ксенонового ядра от частицы темной материи, то ее масса, согласно анализу показаний датчиков, должна превышать 200 ГэВ. Правда, общая статистическая значимость именно такого вывода составляет только 2,6 σ. Это соответствует вероятности около 0,5% получить столь сильное отклонение от фоновой гипотезы, если та верна (или могло стать результатом каких-то невыявленных факторов, не связанных с темной материей). Правда, локальная значимость несколько выше (3,4 σ), но ее тоже недостаточно. В физике частиц достоверными считаются события, зарегистрированные на уровне значимости не менее 5 σ. Вероятность ошибки в этом случае не превышает 0,0000286%, или примерно единицу на три с половиной миллиона. Так что сообщение коллаборации LZ пока не может претендовать на ранг открытия. Однако оно, бесспорно, повышает интерес к будущим экспериментам как на ее установке в подземной лаборатории SURF, так и на других детекторах вимпов в разных странах.

Алексей Левин

¹ Akerib D. S. et al. Search for dark matter particle interactions in an extended nuclear recoil energy window with the LUX-ZEPLIN (LZ) experiment. 2 Sep. 2026. arxiv.org/abs/2609.02823

² См. Левин А. Вновь ненайденные вимпы // ТрВ-Наука № 412 от 10.09.2024, с. 4–5. www.trv-science.ru/2024/09/vnov-nenajdennye-wimpy/

³ Долгошеин Б. А., Лебеденко В. Н., Родионов Б. У. Новый метод регистрации следов ионизующих частиц в конденсированном веществе // Письма в ЖЭТФ, т. 11, вып. 11, с. 513–516. jetpletters.ru/ps/695/article_10760.pdf