XENON1T is de meest gevoelige donkere-materiedetector tot nu toe. Dat blijkt uit een wetenschappelijk artikel dat vandaag door het team achter het experiment online is gezet.

Maar liefst 85 procent van het heelal bestaat uit donkere materie: een vorm van materie die zijn bestaan verraadt door middel van de zwaartekracht, maar die zich tot nu toe op geen enkele andere manier laat waarnemen. De meest geaccepteerde verklaring is dat het hier gaat om een nog onbekende soort deeltjes. Het internationale experiment XENON1T, dat zich in de laboratoria onder de Italiaanse berg Gran Sasso bevindt, is de nieuwste poging om die deeltjes waar te nemen.


Cilinder vol xenon

De naam XENON1T slaat op het belangrijkste ingrediënt van de detector: enkele tonnen van het edelgas xenon. Dit xenon bevindt zich deels in vloeibare vorm, deels in gasvorm in een cilinder met een diameter en een hoogte van 1 m. Om die cilinder zit een tweede cilinder van 9,6 m breed en 10 m hoog, die is gevuld met water; een van de manieren om zoveel mogelijk storende invloeden van buitenaf uit te sluiten.

Botst er in de tank een donkere-materiedeeltje op een xenonatoom, dan komen daarbij fotonen vrij die worden opgepikt door fotomultiplicatoren: buizen waarmee die individuele lichtdeeltjes zijn waar te nemen. Meten verschillende fotomultiplicatoren op ongeveer hetzelfde moment een signaal bij de juiste golflengte, dan is daaruit niet alleen af te leiden dát er een botsing met een donkere-materiedeeltje heeft plaatsgevonden, maar ook wáár in de tank die botsing plaatsvond.


Reeks aardbevingen

Zo'n botsing is helaas nog niet waargenomen tijdens de eerste run van het experiment. Ook niet zo heel vreemd, want er waren maar 34 dagen aan data beschikbaar. Op 18 januari moesten de metingen namelijk worden afgebroken omdat een reeks aardbevingen roet in het eten gooide. Wel was met deze data al aan te tonen dat XENON1T voor donkere-materiedeeltjes met massa’s boven 20 giga-elektronvolt zoals verwacht het meest gevoelige experiment tot nu toe is.

Kort na 18 januari is XENON1T weer met zijn werk begonnen; op dit moment loopt het experiment nog steeds. Oftewel: de sindsdien verzamelde hoeveelheid data is alweer een stuk groter dan de hoeveelheid meetgegevens waar het team bovenstaande conclusies op baseert De vraag is nu natuurlijk of in de nieuwe databerg wél tekenen van donkere materie zitten, of dat het donkere-materieraadsel nog even onopgelost blijft.


Foto: Roberto Corrieri en Patrick De Perio