В глубине бывшей золотодобывающей шахты в Южной Дакоте стоит бак с десятью тоннами жидкого ксенона. Он похож на гигантский термос, который ловит не тепло, а редкие толчки от невидимых частиц. За два с половиной года наблюдений детектор LUX-ZEPLIN почувствовал один-единственный удар, который не вписывается в привычный шум. Ядро ксенона дёрнулось так, будто его толкнули с энергией 248 тысяч электронвольт, а это слишком сильно для обычного фона.
Этот одиночный сигнал можно объяснить двумя разными ключами к одному замку. Первый ключ тяжёлый, с хитрой бородкой: частица тёмной материи при столкновении сама меняет массу, как будто при ударе у неё отламывается кусочек. Второй ключ лёгкий, но брошенный с огромной силой: крошечная частица летит почти со скоростью света, потому что родилась при распаде более тяжёлого собрата. Обе версии оставляют мало следов при слабых толчках, а именно такие следы детектор и не видит.
Авторы работы перебрали три варианта такого взаимодействия, как три формы бородки у ключа. Оказалось, что для лёгкой быстрой частицы только одна форма бородки, самая экзотическая, прячет слабые толчки и оставляет в основном сильные. Именно такой сильный толчок и увидел детектор. Для тяжёлого ключа с меняющейся массой подходят разные формы бородки, но чем сложнее форма, тем меньше должна быть разница в массе до и после удара.
Пока что этот единственный толчок остаётся загадкой, но загадкой полезной. Он показал, что даже один удар может сузить круг подозреваемых, если правильно разложить его по полочкам. Детектор продолжает слушать темноту, и каждый новый толчок будет либо подтверждать одну из версий, либо подскажет, что замок устроен совсем иначе. Термос в шахте ещё не опустел.
Для ускоренной тёмной материи с псевдоскаляр–псевдоскалярным взаимодействием 22% событий попадают в окно 225–271 кэВ, где и находится зарегистрированный кандидат, тогда как для скалярного оператора туда попадает лишь 0,14%.
Идея ускоренной тёмной материи напоминает сюжеты, где невидимые частицы получают энергию от распада или аннигиляции более тяжёлых собратьев, как в некоторых рассказах о тёмных секторах, но прямой отсылки к известной фантастике нет.