В подземной лаборатории в Южной Дакоте детектор LUX-ZEPLIN, наполненный жидким ксеноном, ждёт редких столкновений. Обычно частицы тёмной материи проходят сквозь него бесследно, но однажды ядро ксенона сдвинулось с места с энергией 248 кэВ. Это слишком сильный толчок для привычных моделей, где тёмная материя лишь слегка задевает ядра. Физики стали искать объяснение, которое бы не противоречило всему остальному, что известно о Вселенной.

Ответ нашёлся в модели с частицей, похожей на дирижёра: она невидима, но управляет взаимодействиями через слабый заряд, зависящий от спина. Представьте, что дирижёр взмахивает палочкой, и музыканты откликаются только в том случае, если их инструменты повёрнуты определённым образом. Так и здесь: тёмная материя взаимодействует с ядрами ксенона через Z-бозон, и сила этого взаимодействия зависит от взаимной ориентации спинов. Чтобы избежать лишних слабых сигналов, авторы настроили связь с бозоном Хиггса так, что она исчезает, как если бы дирижёр в определённый момент опустил руки.

Эта модель не только объясняет редкий отскок. Она связывает три наблюдаемые вещи: спектр отскоков в ксеноне, количество тёмной материи, оставшееся от Большого взрыва, и поток нейтрино от Солнца. Как дирижёр, который задаёт темп всему оркестру, параметры модели определяют и сигнал в детекторе, и космологическую плотность, и солнечный захват. Учёные рассчитали, что при массе частицы около 0.5 ТэВ и силе связи порядка 0.1 ожидается от 0.5 до 2 событий в окне энергий от 100 до 270 кэВ, что согласуется с наблюдением. При этом реликтовая плотность попадает в нужный диапазон, а солнечные нейтрино, рождённые аннигиляцией тёмной материи, уже частично ограничены IceCube.

Дирижёр продолжает свою работу: невидимая рука тёмной материи может оставлять следы не только в ксеноновых детекторах, но и в нейтринных телескопах. Улучшенные поиски на IceCube и будущих установках сузят допустимую область параметров, а на коллайдерах, таких как FCC-hh или мюонный коллайдер, можно будет искать заряженных партнёров тёмной материи через события с мягкими лептонами и недостающей энергией. Так редкий отскок в одном детекторе становится ключом к проверке единой теории, связывающей тёмную материю, Солнце и раннюю Вселенную.