De klopjacht op donkere materie is definitief geopend. Fysici hebben de eerste resultaten gepresenteerd van het Xenon1T-experiment, waaruit blijkt dat de nieuwe detector gevoeliger is dan al zijn voorgangers.
De eerste meetsessie duurde 30 dagen – iets korter dan gepland. Het Italiaanse bergmassief Gran Sasso, decor van het experiment, werd in januari namelijk geteisterd door een aardbeving. Daardoor lag het experiment twee weken stil.
Ondanks de korte duur heeft Xenon1T met de metingen een record gevestigd. Nog nooit werd bij een experiment zo’n laag radioactiviteitsniveau gemeten. Dat is belangrijk, want alle vormen van radioactiviteit kunnen de meetresultaten vertroebelen.
‘De Xenon1T-detector, waar we de afgelopen vijf jaar aan gebouwd hebben, doet precies wat die moet doen. De aardbeving was even spannend, maar we verzamelen nu weer continu data en hopen natuurlijk op een ontdekking in de toekomst’, zegt onderzoeker Auke-Pieter Colijn van het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef.
Zijn collega Patrick Decowski, programmaleider Donkere Materie bij Nikhef, is eveneens verheugd met de resultaten. ‘Met deze korte run hebben we kunnen aantonen dat Xenon1T de meest gevoelige detector is. Hiermee hebben we de beste limiet wereldwijd op donkere-materie-interacties gezet.’
De ban breken
De meeste fysici gaan ervan uit dat het heelal tjokvol zit met donkere materie. Dit eigenaardige spul is niet zichtbaar, maar via de zwaartekracht beïnvloedt het wel de beweging van sterren en sterrenstelsels. Omdat bekende materiedeeltjes de waarnemingen niet kunnen verklaren, denken fysici dat donkere materie is opgebouwd uit een nog onbekende deeltjessoort.
Dit idee is echter pas onomstotelijk bewezen als donkere materiedeeltjes rechtstreeks worden waargenomen. Tot nu toe is dat nog nooit gelukt. Doordat de deeltjes nauwelijks interacties aangaan met gewone materie – anders waren ze allang gevonden – zijn uiterst gevoelige detectoren nodig om die waarneming te verrichten.
Het Xenon1T-experiment moet de ban breken. Het centrale onderdeel is een vat gevuld met vloeibaar xenon. Fysici denken dat sommige donkeremateriedeeltjes die dit vat passeren interacties aangaan met het xenon. Daarbij ontstaan lichtflitsjes die gemeten kunnen worden en informatie prijsgeven over de precieze aard van de deeltjes.
Een probleem is echter dat niet alleen donkeremateriedeeltjes dergelijke lichtflitsjes kunnen veroorzaken. Om het xenonvat zo veel mogelijk te isoleren van andere vormen van straling, wordt het als een matroesjkapoppetje door tal van onderdelen omringd. Het vat zit in een zogeheten cryostaat: een apparaat dat het xenon op een temperatuur van -95 °C houdt. De cryostaat is dan weer volledig ondergedompeld in een metalen tank met zuiver water, dat zich op zijn beurt bevindt midden in een berg in de Apennijnen.
De resultaten bevatten geen enkel spoor van donkere materie, maar deeltjesfysici weten nu wel weer iets beter weten waar ze niet moeten zoeken. Door de detector de komende jaren steeds iets anders af te stemmen, hopelijk ze uiteindelijk de mysterieuze deeltjes te ontmaskeren.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: