Grootste detector ter wereld heeft nog geen donkere materie kunnen vinden
Deze maandag had een historische dag in de wetenschap kunnen zijn, vergelijkbaar met de ontdekking van het higgsdeeltje of zwaartekrachtsgolven. Maar het Xenon1T experiment in het ondergrondse Italiaanse Gran Sasso laboratorium houdt de champagne vooralsnog dicht. De grootste detector ter wereld heeft in driekwart jaar meten nog geen spoor van donkere materiedeeltjes kunnen vinden.
Fysici en astronomen vermoeden dat er naast de bekende materie in het universum nog zeker vijfmaal zoveel onbekende materie voorkomt, die draaiende sterrenstelsels bij elkaar houdt zonder zelf licht uit te zenden. Waaruit die materie bestaat, is een van de grootste wetenschappelijk raadsels. Diverse detectoren en experimenten speuren ernaar.
Het Xenon-experiment probeert de deeltjes waaruit de materie bestaat – fysici hebben het over zogeheten WIMPs – te vangen in een ondergrondse tank met een paar ton vloeibaar xenon. Als zo’n deeltje passeert, zou dat een lichtflits moeten opleveren. Het experiment geschiedt ondergronds om zoveel mogelijk kosmische stralen tegen te houden.
In de 280 dagen dat er met Xenon gemeten is, werden welgeteld twee van zulke flitsen verwacht. Maar er is geen enkele gebeurtenis is gevonden, zegt de leider van de Nederlandse inbreng in Xenon1T, prof. Patrick Decowski van de Universiteit van Amsterdam.
‘Onze metingen zijn consistent met achtergrondruis’, meldde Xenon-woordvoerder prof. Elena Aprile maandagochtend op de officiële bekendmaking in het Gran Sasso-lab LNGS. Wel zijn er plannen om met een groter detectorvolume en betere meetinstrumenten verder te zoeken. Dat zou vanaf eind 2019 aan de orde zijn.
‘We zijn natuurlijk heel blij dat het experiment zo goed werkt en we het eerste resultaat kunnen melden’, zegt Decowski. ‘Maar diep in mijn hart had ik natuurlijk het liefst wel donkere materie gevonden.’
Dat er geen sporen van donkere materie zijn gespot, kan volgens hem twee dingen betekenen. Het zou kunnen dat donkere materie wel bestaat, maar uit iets anders dan WIMPs bestaat. Er zijn tientallen theorieën die dan in beeld komen en die met andere experimenten getest moeten worden.
Mogelijk passeren er wel degelijk WIMPs, maar zijn die lichter of kleiner dan gedacht, waardoor ze nog minder makkelijk met de vloeistof in de tank botsen. Een grotere tank kan dan nog iets opleveren.
De huidige zoektocht was gericht op betrekkelijk zware donkere materiedeeltjes of WIMPs, met een massa van circa vijf waterstofatomen. Er zijn analyses van dezelfde meetgegevens gaande waarin met een kleinere massa wordt gerekend, zegt Decowski.
‘We hopen nog steeds dat we erin zullen slagen om donkere materie te kunnen betrappen. Onze gegevens zeggen nu wat het in elk geval níét kan zijn. Dat is ook wetenschap en geeft andere experimenten en theoretici houvast en richting’, aldus de Amsterdamse hoogleraar.
De van origine Italiaanse astrodeeltjesfysicus prof. Gianfranco Bertone van de UvA schreef eerder een publieksboek over de jacht op donkere materie. Hij noemt het Xenon-resultaat formidabel. ‘We beginnen het moment te naderen dat we kunnen zeggen of WIMPs een serieuze kandidaat voor donkere materie zijn. Dat is een belangrijk resultaat.’