लक्स-ज़ेप्लिन डेटा से 248 केवी पर एक असामान्य शॉक सामने आया है: इसने बैकग्राउंड नॉइज़ परीक्षण पास कर लिया है, लेकिन यह अभी भी खोज के लिए पर्याप्त नहीं है।

220 दिनों के अवलोकन में दर्ज की गई केवल एक घटना ही डिटेक्टर के उस क्षेत्र से उभर पाई जहाँ अपेक्षित पृष्ठभूमि शोर अत्यंत कम था। इस घटना ने ऊर्जा का संचय किया। 248 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट और यह ज़ेनॉन परमाणु के नाभिक के प्रतिक्षेपण के अनुरूप है। यह डार्क मैटर कण द्वारा उत्पन्न हो सकता था, लेकिन उपलब्ध आंकड़े अभी तक इसकी पुष्टि नहीं कर सकते।

यह संकेत से आता है लक्स-ज़ेप्लिनएलजेड, सामान्य पदार्थ और काल्पनिक पदार्थों के बीच अंतःक्रियाओं की खोज के लिए निर्मित सबसे संवेदनशील उपकरणों में से एक है। बड़े पैमाने पर कण कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करते हैंWIMP के नाम से जाने जाने वाले कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले विशाल कणों का पता लगाने वाला डिटेक्टर। यह डिटेक्टर सतह से लगभग एक मील नीचे काम करता है। सैनफोर्ड भूमिगत अनुसंधान सुविधा लीड, साउथ डकोटा का।

La एलजेड कोलाबोरेशन ने परिणाम को प्रीप्रिंट रूप में प्रकाशित किया है।इसलिए, सहकर्मी समीक्षा से पहले, पारंपरिक शोध की तुलना में कहीं अधिक ऊर्जावान परमाणु प्रतिक्षेपों तक विश्लेषण का विस्तार करने के बाद, सांख्यिकीय महत्व एक स्थानीय अधिकतम तक पहुँचता है। 3,4 सिग्मालेकिन यह नीचे तक जाता है वैश्विक स्तर पर 2,6 सिग्मा परीक्षण किए गए मॉडलों की संख्या को देखते हुए, यह एक उल्लेखनीय विसंगति है, न कि डार्क मैटर के पहले प्रत्यक्ष अवलोकन की घोषणा।

सात टन ज़ेनॉन झटकों को प्रकाश में बदल देता है।

खगोलीय साक्ष्य बताते हैं कि डार्क मैटर लगभग ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ का 85 प्रतिशत हिस्साआकाशगंगाओं, तारामंडलों और विशाल ब्रह्मांडीय संरचनाओं से गुजरने वाले प्रकाश पर इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभावों से इसकी उपस्थिति का अनुमान लगाया जाता है। चूंकि यह प्रत्यक्ष रूप से विद्युत चुम्बकीय विकिरण न तो उत्सर्जित करता है और न ही अवशोषित करता है, इसलिए यह पदार्थ दूरबीनों से अदृश्य रहता है, और इसकी सूक्ष्म संरचना अज्ञात है।

एलजेड प्रत्यक्ष माप का प्रयास करता है। उपकरण के केंद्र में एक दोहरे चरण का समय प्रक्षेपण कक्ष इसमें लगभग सात टन सक्रिय तरल ज़ेनॉन मौजूद है, जो लगभग दस टन के कुल भंडार का हिस्सा है। ज़ेनॉन भारी नाभिक और एक अत्यंत शुद्ध माध्यम प्रदान करता है जिसमें न्यूनतम ऊर्जा भंडार को भी पुनर्निर्मित किया जा सकता है।

जब कोई कण द्रव में परस्पर क्रिया करता है, तो वह एक प्रारंभिक जगमगाहट उत्पन्न करता है, जिसे कहा जाता है S1और इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं। एक विद्युत क्षेत्र उन्हें कक्ष के शीर्ष की ओर धकेलता है, जहाँ उन्हें ज़ेनॉन गैस की एक परत में निकाला जाता है और एक दूसरा प्रकाश संकेत उत्पन्न होता है। S2दो स्पंदनों की सापेक्ष तीव्रता, उनके बीच का समय अंतराल और प्रकाश का वितरण हमें अंतःक्रिया की ऊर्जा और त्रि-आयामी स्थिति का अनुमान लगाने की अनुमति देता है।

यह जानकारी दो प्रकार की घटनाओं में अंतर करने में भी मदद करती है। गामा और बीटा कण ज़ेनॉन के इलेक्ट्रॉनों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे उत्पन्न होता है इलेक्ट्रॉनिक रिकॉइलइसके बजाय न्यूट्रॉन या संभवतः WIMP सीधे नाभिकों से टकरा सकते हैं, जिससे उत्पन्न होता है परमाणु प्रतिक्षेपसांख्यिकीय पृथक्करण बहुत प्रभावी है, लेकिन पूर्ण नहीं है: दुर्लभ घटनाएं, यादृच्छिक संयोग और गैर-मानक उपकरण प्रतिक्रियाएं वांछित संकेत की नकल कर सकती हैं।

ब्रह्मांडीय किरणों के प्रवाह को कम करने के लिए डिटेक्टर को जमीन के काफी नीचे स्थापित किया गया है और इसे पानी के टैंक और न्यूट्रॉन तथा अन्य कणों की पहचान करने में सक्षम बाहरी प्रणालियों द्वारा संरक्षित किया गया है। इस प्रकार, डार्क मैटर की खोज न केवल लक्ष्य के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, बल्कि लगभग हर संभावित पृष्ठभूमि स्रोत की पहचान करने और उसे अस्वीकार करने की क्षमता पर भी निर्भर करती है।

ऊर्जा सीमा 55 से बढ़कर लगभग 270 केवी हो जाती है।

इस विश्लेषण में निम्नलिखित अवधियों के बीच एकत्रित किए गए डेटा का उपयोग किया गया है। 27 मार्च 2023 और 1 अप्रैल 2024कुल मिलाकर जोखिम के लिए 2,84 टन प्रति वर्षइसी नमूने का अध्ययन पहले ही सबसे सरल WIMP अंतःक्रियाओं की खोज में किया जा चुका था, जो मुख्य रूप से कम ऊर्जा पर केंद्रित थीं। नए कार्य ने परमाणु प्रतिक्षेपों के क्षेत्र को विस्तारित किया है। 5,4 से लगभग 270 केवी तकपिछली सीमा लगभग 55 केवी के मुकाबले।

यह विकल्प हमें ऐसे मॉडल तलाशने की अनुमति देता है जिनमें अपेक्षित ऊर्जा वितरण पारंपरिक स्पिन-स्वतंत्र लोचदार अंतःक्रिया की तुलना में उतनी तेजी से कम नहीं होता है। सहयोग ने ऑपरेटरों पर विचार किया। गैर-सापेक्षिक प्रभावी क्षेत्र सिद्धांतएक गणितीय उपकरण जो यह वर्णन करता है कि एक WIMP प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ किस प्रकार से जुड़ सकता है।

विभिन्न परिदृश्यों की भी जांच की गई अनम्य डार्क पदार्थऐसे मॉडलों में, टक्कर के दौरान कण अपनी अवस्था बदलता है, और कुछ ऊर्जा का उपयोग अपने थोड़े भारी रूप को उत्पन्न करने में होता है। इस प्रक्रिया को संभव बनाने के लिए, WIMP कणों का पर्याप्त रूप से तीव्र और द्रव्यमानयुक्त होना आवश्यक है; परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले प्रतिक्षेप ऊर्जा के उन क्षेत्रों को भी प्रभावित कर सकते हैं जिन्हें मानक विश्लेषण अनदेखा कर देते हैं।

इस असामान्य घटना का पुनर्निर्माण किया गया 248 केवी23 केवी की सांख्यिकीय अनिश्चितता और इतनी ही परिमाण की व्यवस्थित अनिश्चितता के साथ। इसकी आकृति एकल नाभिकीय प्रतिक्षेप के अनुरूप प्रतीत होती है, जबकि इसकी स्थिति दीवारों और अन्य घटकों से संदूषण को सीमित करने के लिए चुने गए आंतरिक आयतन के भीतर आती है।

यदि यह टक्कर डार्क मैटर के कारण हुई थी, तो आम तौर पर विचार की जाने वाली व्याख्याओं के लिए कम से कम द्रव्यमान वाले एक भारी WIMP की आवश्यकता होगी। 200 GeV/c²प्रोटॉन की तुलना में दो सौ गुना अधिक। इसके अलावा, यह सबसे अधिक खोजी जाने वाली प्राथमिक अंतःक्रिया नहीं होगी, बल्कि संवेग, स्पिन या अप्रत्यास्थ संक्रमण पर निर्भर एक युग्मन होगा। इसलिए, यह संकेत किसी विशिष्ट कण की पहचान नहीं करता है: यह विश्लेषण के अधीन कई सैद्धांतिक संरचनाओं के साथ संगत है।

स्थानीय अधिकतम से लेकर वैश्विक आंकड़े लगभग 2,6 सिग्मा तक

कुछ मॉडलों के लिए, प्रेक्षित घटना और केवल पृष्ठभूमि परिकल्पना के बीच असंगति स्थानीय स्तर तक पहुँच जाती है। 3,4 सिग्माअकेले तौर पर देखा जाए तो, ऐसा मान उतार-चढ़ाव के माध्यम से कम से कम इतना चरम परिणाम प्राप्त करने की बहुत कम संभावना को दर्शाता है। लेकिन प्रयोग ने किसी एक पूर्व निर्धारित भविष्यवाणी को सत्यापित नहीं किया: इसने ऑपरेटरों, द्रव्यमानों और ऊर्जा अंतरालों के कई संयोजनों का पता लगाया।

जितनी अधिक परिकल्पनाओं की जांच की जाती है, उतनी ही अधिक संभावना होती है कि कम से कम एक परिकल्पना संयोगवश एक रोचक विसंगति उत्पन्न कर दे। इसे ही कहा जाता है लुक-एल्सवेयर प्रभावइस सहयोग ने मोंटे कार्लो तकनीक का उपयोग करके सिम्युलेटेड नमूने बनाकर और पूरे शोध को वस्तुतः दोहराकर इसका मात्रात्मक मूल्यांकन किया। इस सुधार के बाद, समग्र सार्थकता इसके बराबर पाई गई। 2,6 सिग्माजिसका पी-मान लगभग 0,5 प्रतिशत है।

इसका मतलब यह नहीं है कि घटना के डार्क मैटर होने की 99,5 प्रतिशत संभावना है। पी-वैल्यू यह मापता है कि अंतर्निहित मॉडल के सही होने पर इस तरह की विसंगति का अवलोकन करना कितना असामान्य होगा; यह विभिन्न भौतिक कारणों को सीधे तौर पर कोई संभावना नहीं देता है। कण भौतिकी में किसी खोज का दावा करने की पारंपरिक सीमा है पांच सिग्माकहीं अधिक प्रतिबंधात्मक।

इस सावधानी को इस तथ्य से और भी बल मिलता है कि संपूर्ण अतिरिक्त राशि इस पर निर्भर करती है एक घटनासमान विशेषताओं वाली एक और परस्पर क्रिया से रुचि तो बढ़ेगी, लेकिन महत्व स्वतः नहीं बढ़ेगा: ऊर्जा, डिटेक्टर में स्थिति, समान सैद्धांतिक स्पेक्ट्रम के साथ अनुकूलता और नए एक्सपोजर के साथ अपेक्षित पृष्ठभूमि का विकास निर्णायक कारक होंगे।

रिक गेट्सकेल, प्रोफेसर ब्राउन विश्वविद्यालय और एलजेड के प्रवक्ता ने जारी किए गए नोट में जल्दबाजी में की गई व्याख्याओं को खारिज कर दिया। शेफील्ड विश्वविद्यालय:.

"हम महज एक घटना के आधार पर किसी निष्कर्ष पर नहीं पहुंचना चाहते। हम यह दावा नहीं कर रहे हैं कि हमने डार्क मैटर को देखा है। लेकिन हमने कुछ दिलचस्प देखा है जिसे हम वैज्ञानिक समुदाय के साथ साझा करना चाहते हैं ताकि उनकी प्रतिक्रिया प्राप्त कर सकें।"

तल पर किए गए निरीक्षणों में अभी तक कारण का पता नहीं चल पाया है।

इस सहयोगात्मक समूह ने कई महीनों तक अधिक प्रचलित स्पष्टीकरणों का परीक्षण किया। इस मॉडल में आंतरिक बीटा क्षय, न्यूट्रिनो, ज़ेनॉन आइसोटोप, ट्रिटियम और कार्बन-14 के अंश, रेडियोजेनिक और कॉस्मोजेनिक न्यूट्रॉन, S1 और S2 संकेतों के बीच आकस्मिक संयोग, और ऐसी संरचनाएं शामिल हैं जिनमें कई जगमगाहट एक ही आयनीकरण से जुड़ी हो सकती हैं।

सतहों के निकट उत्पन्न घटनाओं, एकल के रूप में गलत तरीके से पुनर्निर्मित कई अंतःक्रियाओं और संभावित तरंगरूप प्रभावों का भी मूल्यांकन किया गया। 248 केवी का झटका निर्धारित चयनों पर खरा उतरा और वीटो सिस्टम में ऐसे कोई संकेत नहीं मिले जिनसे यह पता चलता कि कोई न्यूट्रॉन गुजरा था। इससे कुछ ज्ञात स्पष्टीकरण कम हो जाते हैं, लेकिन यह सिद्ध नहीं होता कि किसी दुर्लभ प्रक्रिया या मॉडलिंग त्रुटि के कारण यह उत्पन्न हुआ था।

आरोन मनलायसेलॉरेंस भौतिक विज्ञानी बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला और एलजेड संस्थागत बोर्ड के अध्यक्ष ने कहा कि असामान्य घटनाएं अप्रत्याशित नहीं हैं, बल्कि आमतौर पर अधिक गहन जांच के बाद ही उनके मूल कारण का पता चलता है।

"मैंने जितने भी प्रयोगों पर काम किया है, उनमें से यह पहला ऐसा असामान्य घटनाक्रम है जो हर लिहाज से सही प्रतीत होता है। हम अभी भी यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि कहीं हम किसी दुर्लभ अंतर्निहित तंत्र को समझने से चूक तो नहीं गए, लेकिन यह सोचना रोमांचक है कि क्या यह डार्क मैटर के अवलोकन का पहला संकेत हो सकता है।"

यह स्थिति बहुत कम संख्या वाले प्रयोगों की संरचनात्मक सीमा को दर्शाती है। जब वांछित घटना वर्षों के संचालन में केवल कुछ ही बार प्रकट होने की उम्मीद होती है, प्रत्येक परस्पर क्रिया वैज्ञानिक महत्व प्राप्त कर लेती है।साथ ही, किसी एक तत्व की आबादी हमें स्पेक्ट्रम का पुनर्निर्माण करने, लौकिक वितरण को सत्यापित करने या कई घटनाओं की एक दूसरे से तुलना करने की अनुमति नहीं देती है।

किसी भौतिक संकेत को पुनर्निर्मित करने के लिए एक घटना पर्याप्त नहीं है।

सैम एरिक्सनवरिष्ठ शोधकर्तायूनिवर्सिटा डी ब्रिस्टल अध्ययन के प्रमुख लेखक ने बताया कि विश्लेषण में उसी डेटा नमूने के भीतर एक ऐसे क्षेत्र का पता लगाया गया जिसकी पहले जांच नहीं की गई थी। टीम ने अंतर्निहित घटनाओं को उत्पन्न करने में सक्षम सभी ज्ञात कारणों का पुनर्निर्माण करने में कई महीने बिताए।

“हम अपने डिटेक्टर और उसके घटकों को इतनी अच्छी तरह से जानते हैं कि हमारे द्वारा खोजी गई एक भी अनसुलझी घटना महत्वपूर्ण है। हम डार्क मैटर की अंतःक्रियाओं को अत्यंत दुर्लभ मानते हैं, इसलिए कुछ घटनाएं भी WIMP डार्क मैटर की पहली खोज का संकेत दे सकती हैं।”

स्वतंत्र सत्यापन अन्य ज़ेनॉन डिटेक्टरों से प्राप्त किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं: ज़ेनॉनएनटी ग्रैन सासो राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में। हालांकि, तुलनात्मकता संबंधित ऊर्जा विंडो, थ्रेशहोल्ड, एक्सपोज़र और विश्लेषण किए गए मॉडल के आकार पर निर्भर करेगी। किसी भिन्न उपकरण द्वारा देखी गई समान घटना विशेष रूप से मूल्यवान होगी क्योंकि इससे एलजेड के किसी विशिष्ट यंत्रजन्य मूल की संभावना कम हो जाएगी।

डैन टोवेप्रोफेसर और एलजेड समूह के प्रमुखशेफ़ील्ड विश्वविद्यालयउन्होंने इस बात पर जोर दिया कि यह संकेत अब तक उन सभी परीक्षणों में खरा उतरा है जो यह निर्धारित करने के लिए किए गए थे कि क्या यह अधिक सामान्य प्रक्रियाओं के कारण था। हालांकि, इसकी प्रकृति का पता लगाने का एकमात्र तरीका अधिक मात्रा में डेटा की जांच करना है।

"केवल एक घटना के आधार पर यह निष्कर्ष निकालना असंभव है कि हम वास्तव में नए भौतिकी के पहले संकेत देख रहे हैं। यह सत्यापित करने के लिए बहुत काम किया गया है कि यह घटना अधिक सामान्य प्रक्रियाओं का परिणाम नहीं है, और अब तक यह हर परीक्षण में खरी उतरी है। निश्चित होने का एकमात्र तरीका अधिक डेटा का विश्लेषण करना है।"

एलजेड दक्षिण डकोटा में अवलोकन एकत्र करना जारी रखे हुए है और पहले से ही WIMP-खोज प्रयोग द्वारा उत्पादित अब तक का सबसे बड़ा नमूना तैयार कर चुका है। भविष्य के डेटा से पता चलेगा कि क्या यह विसंगति एक अलग घटना बनी रहेगी, पृष्ठभूमि के बारे में अधिक सटीक जानकारी के साथ इसका महत्व कम हो जाएगा, या इसके बाद समान ऊर्जा और विशेषताओं वाले अन्य प्रतिक्षेप होंगे। केवल इस संभावित पुनरावृत्ति से ही एक एकल ज़ेनॉन फ्लैश डार्क मैटर की प्रकृति पर एक महत्वपूर्ण खोज में परिवर्तित हो सकता है।

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