De XENON1T-detector, de grootste zoektocht naar 'zware' donkere materie, sloot het bestaan van lichte vormen van donkere materie uit en 'betastte' de eerste aanwijzingen van het bestaan van onverwacht zware deeltjes van deze mysterieuze substantie, zeiden projectdeelnemers op een persconferentie in het Italiaanse laboratorium van Gran Sasso.
'Tot nu toe kan er maar één ding worden gezegd - dit verdomde deeltje verbergt zich nog steeds voor ons. Enerzijds vonden we geen sporen van zijn bestaan in het massabereik tot 200 GeV. Aan de andere kant sluiten onze modellen het bestaan van zwaardere WIMP's niet uit. We hebben hier zelfs aanwijzingen voor in de gegevens, hoewel hun statistische significantie klein is - slechts één sigma, en ik zou graag willen geloven dat dit geen toeval is”, zei Elena Aprile, een officiële vertegenwoordiger van de XENON1T-samenwerking.
De wereld achter een donker scherm
Wetenschappers geloofden lange tijd dat het universum bestaat uit de materie die we zien en die de basis vormt van alle sterren, zwarte gaten, nevels, stofclusters en planeten. Maar de eerste waarnemingen van de bewegingssnelheid van sterren in nabije sterrenstelsels toonden aan dat de sterren aan hun rand erin bewegen met een onmogelijk hoge snelheid, die ongeveer 10 keer hoger was dan berekeningen op basis van de massa van alle sterren erin.
De reden hiervoor was, volgens wetenschappers van vandaag, de zogenaamde donkere materie - een mysterieuze substantie die goed is voor ongeveer 75% van de massa van materie in het heelal. Typisch heeft elk sterrenstelsel ongeveer 8-10 keer meer donkere materie dan zijn zichtbare neef, en deze donkere materie houdt de sterren op hun plaats en voorkomt dat ze zich verspreiden.
Tegenwoordig zijn bijna alle wetenschappers overtuigd van het bestaan van donkere materie, maar de eigenschappen ervan, naast de duidelijke gravitatie-invloed op sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, blijven een mysterie en een onderwerp van controverse onder astrofysici en kosmologen. Wetenschappers hebben lange tijd aangenomen dat het is samengesteld uit superzware en ‘koude’ deeltjes - ‘watjes’ die zich op geen enkele manier manifesteren, behalve door zichtbare clusters van materie aan te trekken.
Wetenschappers proberen dergelijke deeltjes tegenwoordig te vinden met behulp van gigantische ondergrondse detectoren gevuld met absoluut zuiver xenon. De kernen van de edelgasatomen, zoals eerder door wetenschappers werd aangenomen, moesten op een speciale manier in wisselwerking staan met de "WIMP's", die kon worden gedetecteerd door de lichtflitsen in het vloeibaar gemaakte xenon te observeren.
Promotie video:
In de afgelopen twee decennia hebben wetenschappers ongeveer een dozijn van dergelijke detectoren gemaakt met toenemend volume en toenemende massa, waarvan geen enkele sporen van xenon-WIMP-interacties heeft kunnen detecteren. Bijzondere hoop werd gevestigd op het XENON1T-project - een detector die in 2014 in het Italiaanse laboratorium van Gran Sasso is gebouwd en een record van 3,5 ton xenon bevat, wat ongeveer 10 keer de massa is van al zijn concurrenten.
De sleutel tot het universum
De eerste resultaten, gepresenteerd door het XENON1T-team in november vorig jaar, bleken opnieuw "nul" te zijn - een team van meer dan honderd natuurkundigen uit 21 landen van de wereld kon geen significante sporen vinden van het bestaan van "WIMP's" in een zeer breed scala aan massa's en energieën.
Aprile en haar collega's hebben vandaag de resultaten gepresenteerd van een analyse van de volledige dataset, die in grote lijnen hun voorlopige bevindingen bevestigde, met een paar kleine uitzonderingen. Zoals de wetenschappers opmerken, zijn ze erin geslaagd om de mogelijkheid uit te sluiten van het bestaan van lichte "WIMP's" met massa's van 6 tot 30 GeV, en vrijwel nul de kans om deeltjes met een massa tot 200 GeV te detecteren.
Aan de andere kant zijn de gegevens die ze hebben verzameld niet in tegenspraak en geven ze volgens Aprile zelf aan dat de deeltjes van donkere materie eigenlijk een veel hogere massa hebben dan natuurkundigen eerder dachten.
“Onze taak is nu heel eenvoudig: we moeten gewoon blijven observeren en tegelijkertijd het geluidsniveau verlagen en de gevoeligheid verhogen. Het lijkt mij dat we óf naar de VIMP's kunnen gaan na de volgende update van de detectoren, óf we zullen eindelijk de kwestie van hun bestaan beëindigen”, vervolgt de fysicus.
Volgens haar zijn de XENON1T-deelnemers al bezig met het monteren van een nieuwe versie van de detector, waarbij de massa xenon wordt verhoogd tot vier ton en het interferentieniveau met minstens 10 keer wordt verminderd. De installatie wordt dit jaar afgerond en medio 2019 ontvangt het de eerste wetenschappelijke gegevens.
