A részecskefizikusok évtizedek óta próbálkoznak azzal, hogy közvetlenül észleljék a sötét anyag részecskéit, annak a rejtélyes anyagét, amely az elektromágneses tartományban láthatatlan, de gravitációs hatása miatt kulcsfontosságú a galaxisok egyben tartásában. A szakértők meglehetősen biztosak abban, hogy a sötét anyag létezik, azt azonban nem tudják, hogy miből épül fel.
A sötét anyag kapcsán eddig felvázolt teóriák egyetértenek abban, hogy ez nem kerül gyakran kölcsönhatásba a normál anyaggal, hiszen ha másként lenne, akkor már közvetlenül is észlelni tudtuk volna. Ehelyett valószínűleg a neutrínókhoz hasonlóan viselkedik, amelyek többnyire észrevétlenül hatolnak át mindenféle anyagon. Testünket minden másodpercben billiárdnyi neutrínó járja át, úgy, hogy ezt észre sem vesszük. Időnként azonban előfordul, hogy egy neutrínó egy atommaggal ütközik, aminek nyomán néhány foton vagy más elemi részecske szabadul fel. A neutrínódetektorok ezeket a ritka felvillanásokat igyekeznek észlelni, hogy az adatokból a kutatók új információkat deríthessenek ki a rejtélyes részecskékről.
A sötétanyag-detektorok az előbbiekre alapozva hasonló felépítésűek, mint a neutrínódetektorok, vagyis mélyen a föld alatt kapnak helyet, és egy hatalmas tartálynyi folyadékban figyelik a részecskék interakcióit. Míg a neutrínódetektorok esetében ez a folyadék általában víz, a mostani eredményeket szállító XENON1T-kísérletben 3,2 tonna folyékony xenont tartalmaz a tartály. Ennek az az oka, hogy a kísérletet eredetileg a WIMP-ek (gyengén kölcsönható nehéz elemi részecskék), a sötét anyag egyik lehetséges részecskéje kimutatására tervezték, amelyek elvileg sokkal nehezebbek a neutrínóknál.
Miután azonban az olasz Gran Sasso hegy gyomrában található detektorral működésének első 14 éve alatt nem sikerült WIMP-eket észlelni, a szakértők elkezdtek másfajta ismeretlen részecskék után kutatni a detektorral: olyanokat, amelyek a WIMP-ekkel ellentétben nem xenon atommagokkal ütköznek, hanem elektronokkal. Ezeket az elektronütközéseket korábban háttérzajként kezelték, minthogy a forrásuk nagyon sokféle lehet, köztük olyanok is, amelyeknek semmi köze a sötét anyaghoz vagy más rejtélyes részecskékhez (pl. radioaktív izotópok bomlása). Az évek során azonban a háttérzajt sikerült jelentősen mérsékelni, vagyis jobbára kizártak belőle minden olyan elemet, amelynek ismert az eredete. Ezt követően pedig jeleket kezdtek keresni a maradék zajban.
Az új eredmények a XENON1T-kísérlet első évének elektronütközésein alapulnak. A kutatók az ismert források nyomán 232 ilyen ütközést vártak ez idő alatt, de a detektorok 285 eseményt érzékeltek. Vagyis a kísérlet rögzített 53 olyan ütközést is, amire nincs ismert magyarázat. A kutatócsoport a felfedezést követő egy évet azzal töltötte, hogy kizárják az összes lehetséges hibaforrást, ami a megmagyarázhatatlan jelek mögött állhat, és magyarázatot találjanak azok létezésére.
Végül három lehetséges ötlettel álltak elő. Az első, és talán legizgalmasabb, hogy a jeleket a Napból származó axionok okozták. Ezek olyan teoretikus részecskék, amelyek a fotonokhoz hasonlóan nagyon alacsony tömegűek, és amelyek egyes elméltek szerint a sötét anyag részecskéi lehetnek. A Napban képeződött axionok persze nem játszhattak szerepet a kozmosz alakításában, de ha valóban ilyen részecskékről van szó, az azt jelentené, hogy az axionok léteznek, és a korai univerzumban is képződhettek, így valóban részét képezhetik a sötét anyagnak. A kutatók elmondása szerint a kísérletben látott jelek ugyan energiaszintjüket tekintve nem egészen illeszkednek a legegyszerűbb axionmodellekbe, de a komplexebb teóriák megmagyarázhatják az eltérést.
A második lehetőség, hogy nagy mágneses momentummal bíró neutrínók állnak az események mögött, és ezek váltották ki az elektronokon való, vártnál nagyobb mértékű szóródást. Ez viszont egy új típusú neutrínó létét feltételezi, amely túlmutat a részecskefizikai sztenderd modellen. A harmadik opció, hogy a xenontartály tríciummal, egy ritka hidrogénizotóppal szennyeződött, és ennek bomlása okozta a gyanús jeleket. Utóbbi lehetőséget nem lehet kizárni, így sokan ezt tartják a legvalószínűbb és legegyszerűbb magyarázatnak, ugyanakkor a másik két teóriának is van alapja.
Hogy melyik elmélet a helytálló, arra rövidesen választ adhat a XENON1T utódja, a XENONnT-kísérlet, amely során már 8,3 tonna xenonban vizsgálják a részecskekölcsönhatásokat a kutatók. Amennyiben a jeltöbblet ebben az adathalmazban is felbukkan, annak mértékéből fontos következtetéseket lehet levonni a forrásra vonatkozóan, mondják a kutatók.
