ダークマター探索で物理学者らが新たな進展(Physicists tighten the net on elusive dark matter)

2025-09-29 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)を含む国際チームは、世界最高感度の暗黒物質検出器 LUX-ZEPLIN(LZ) 実験の最新成果を発表した。南ダコタ州の地下約1マイルに設置されたLZは、10トンの液体キセノンを用い、宇宙線や自然放射線を徹底的に遮断してWIMP(弱く相互作用する巨大粒子)探索を行う。今回、280日分のデータを解析し、従来よりも弱い相互作用領域まで探索範囲を拡大、WIMP候補の性質に強い制約を課した。UCSBは創設メンバーとして外部検出器設計を主導し、中性子やラドンなど偽信号の除去に貢献。研究者らは、今回の成果が「暗黒物質とは何であり得ないか」を明確にし、今後の探索戦略を絞り込む大きな一歩になると強調している。

ダークマター探索で物理学者らが新たな進展(Physicists tighten the net on elusive dark matter)
Photo Credit:Matt Kapust/Sanford Underground Research Laboratory
The outer detector of the LZ dark matter experiment

<関連情報>

ダークマター検索結果4。2  トン−年LUX-ZEPLIN(LZ)実験の曝露 Dark Matter Search Results from 4.2  Tonne−Years of Exposure of the LUX-ZEPLIN (LZ) Experiment

J. Aalbers, D. S. Akerib, A. K. Al Musalhi, F. Alder, C. S. Amarasinghe, A. Ames, T. J. Anderson, N. Angelides, H. M. Araújo et al. (LZ Collaboration)
Physical Review Letters  Published: 1 July, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/4dyc-z8zf

Abstract

We report results of a search for nuclear recoils induced by weakly interacting massive particle (WIMP) dark matter using the LUX-ZEPLIN (LZ) two-phase xenon time projection chamber. This analysis uses a total exposure of 4.2 ±0.1 tonne-years from 280 live days of LZ operation, of which 3.3 ±0.1 tonne-years and 220 live days are new. A technique to actively tag background electronic recoils from 214Pb decays is featured for the first time. Enhanced electron-ion recombination is observed in two-neutrino double electron capture decays of 124Xe, representing a noteworthy new background. After removal of artificial signal-like events injected into the dataset to mitigate analyzer bias, we find no evidence for an excess over expected backgrounds. World-leading constraints are placed on spin-independent (SI) and spin-dependent WIMP-nucleon cross sections for masses ≥9  GeV/2. The strongest SI exclusion set is 2.2×10−48  cm2 at the 90% confidence level and the best SI median sensitivity achieved is 5.1 ×10−48  cm2, both for a mass of 40  GeV/2.

1701物理及び化学
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