De donkere-materiedetector XENONnT heeft deeltjes waargenomen. Het zijn niet de langgezochte donkere-materiedeeltjes, maar neutrino’s, afkomstig van de zon. Desondanks zijn fysici enthousiast.
XENONnT is een detector die speurt naar donkere materie, het nog altijd onontdekte spul waar ongeveer 80 procent van de massa in het heelal uit zou moeten bestaan. In plaats van de felbegeerde donkere-materiedeeltjes heeft het apparaat nu voor het eerst signalen gezien van zonne-neutrino’s die op atoomkernen in de detector botsen. Dat heeft het kern- en deeltjesfysica-onderzoeksinstituut Nikhef bekendgemaakt in een persbericht.
Donkere-materiedetector
De detector bestaat uit een tank gevuld met enkele tonnen van het edelgas xenon, in vloeibare vorm. Het idee is dat donkere-materiedeeltjes – die overal om ons heen aanwezig kunnen zijn – door deze tank vliegen. Heel af en toe zou zo’n deeltje kunnen botsen op een xenonatoomkern. De terugslag van die botsing zou kort na elkaar twee lichtflitsjes veroorzaken die gemeten kunnen worden door de lichtdetectoren aan de boven- en onderkant van de tank.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Op dit moment is XENONnT vooral kampioen ‘niets meten’. Door het afgeschermde ontwerp, samen met slimme analysemethoden. worden vrijwel alle achtergrondsignalen weggefilterd. Die achtergrondsignalen zijn bijvoorbeeld afkomstig van radioactief verval van het materiaal waaruit de detector bestaat. Die achtergrondruis is ook de reden dat XENONnT onder de Italiaanse berg Gran Sasso gebouwd is. Daardoor beschermt 1,4 kilometer massief gesteente de detector tegen hinderlijke kosmische straling uit het heelal, al zendt het gesteente zelf ook weer een beetje achtergrondstraling uit.
Zonneneutrino’s
Op deze manier worden bijna alle verstoringen uit de detector gehouden. Bíjna alle, want er is één bekend deeltje dat zich niets aantrekt van al deze barrières: het neutrino. Dit superlichte, ladingsloze deeltje, dat met gemak ongehinderd door de aarde vliegt, kan ook in zeldzame gevallen op een atoomkern botsen. Daarbij produceert het hetzelfde signaal als een donker-materiedeeltje zou doen.
Neutrino’s ontstaan onder andere bij verschillende kernreacties die plaatsvinden in de zon. Een bepaalde kernreactie, het zogeheten boor-8-verval, levert neutrino’s op met een dusdanig hoge energie dat ze gedetecteerd kunnen worden door XENONnT.
Omdat de kernreacties in de zon en de botsingskans van de neutrino’s goed begrepen worden, kunnen deeltjesfysici uitrekenen hoeveel zogeheten boor-8-neutrino’s zich in de detector zullen laten zien. Volgens deze voorspellingen zouden er tijdens de waarneemperiode ongeveer twaalf zonneneutrino’s op een xenonatoomkern botsen. XENONnT heeft er 11 waargenomen. Een indrukwekkende prestatie. Dit laat zien dat de detector goed werkt, en dat de andere achtergrondruis goed geblokkeerd of weggefilterd wordt.
Nieuwe achtergrondruis
Toch is de waarneming van zonneneutrino’s niet alleen maar goed nieuws. De hoop was dat donkere-materiedeeltjes zich eerder zouden laten zien dan deze neutrino’s. Dat dat niet gebeurd is, betekent dat de donkere-materiedeeltjes, als ze al bestaan, nog ongrijpbaarder zijn dan gehoopt.
En er is nu dus een nieuw achtergrondsignaal bijgekomen, dat nauwelijks te onderscheiden is van de donkere-materiedeeltjes waar het eigenlijk om gaat. Een manier om de zonneneutrino’s uit de data te filteren, is door te kijken of je meer signalen ziet dan de verwachte twaalf stuks, al zou het gemakkelijker zijn als je gewoon zou kunnen bepalen waar ze vandaan komen. We weten immers tamelijk goed waar de zon is.
Maar dit is helaas niet mogelijk met XENONnT. Misschien bedenken de XENONnT-onderzoekers nog een andere slimme manier om door de zonneneutrino-ruis naar donkere materie te speuren.
