Donkere-materiedetector xenon ziet meer activiteit dan verwacht

Dit kan een indicatie zijn voor donkere materie. Maar er zijn ook andere heel interessante opties, zoals de ontdekking van nieuwe deeltjes - zogeheten zonne-axionen.

Trefwoorden: #deeltje, #detector, #donkere materie, #elektronen, #energiespectrum, #kosmos, #magnetisch, #neutrino, #nucleair, #radioactief, #sigma, #sterrenstelsel, #tritium, #WIMP, #XENON, #xenon-atoom, #zon, #zonne-axionen

Lees verder

research

( Foto: Nikhef - foto van het xenon-experiment )

ENGINEERINGNET.BE - Donkere materie is een van de raadsels van de hedendaagse natuurkunde. Astronomen weten dat ongeveer 85% van alle massa in sterrenstelsels niet te zien is, maar wel zwaartekracht geeft.

Wat dat veroorzaakt is onbekend. In theorie kunnen dat onbekende deeltjes zijn die verder nauwelijks deeltjesinteractie hebben met andere materie, zoals WIMP’s.

Als een WIMP een xenon-atoom raakt, komt er in theorie licht en elektronen vrij die in de detector zijn waar te nemen. Ook andere processen kunnen zulke signalen veroorzaken, een achtergrondsignaal waarmee de onderzoekers rekening moeten houden.

In de meetperiode 2016-2018 werden 232 gebeurtenissen in de detector verwacht op grond van bekende achtergrondprocessen. Die werden gevonden door te kijken naar deeltjesinteracties met elektronen in de xenon-atomen. Voorheen ging de analyse om een botsing met xenon-kernen.

Het XENON-team meldt nu dat er 53 extra gebeurtenissen zijn vastgelegd. Dat is niet reusachtig veel, maar statistisch wel relevant.

Het signaal heeft niet de juiste kenmerken voor kosmische WIMP’s, denken de onderzoekers. Dat maakt het des te belangrijker om de echte bron van het overschot aan te wijzen.

Een mogelijkheid is de aanwezigheid van een minieme hoeveelheid radioactief tritium in de ruim 3 ton xenon in de detector, ondanks alle zuiveringsstappen in het project.

‘We kunnen dit niet onafhankelijk meten en dus niet uitsluiten’, zegt onderzoeker Patrick Decowski. Naar schatting een paar honderd atomen tritium per ton xenon gooien al roet in het eten.

Er zijn ook spannender verklaringen denkbaar, zoals de ontdekking van een echt nieuw deeltje. Het energiespectrum van de gevonden inslagen lijkt op dat van zogeheten axionen, deeltjes die volgens sommige hypotheses een rol spelen in de nucleaire processen in de zon. Tot nog toe zijn axionen nooit in een experiment gezien.

Een andere mogelijke verklaring voor de extra signalen kunnen treffers van neutrino’s zijn, spookdeeltjes uit de kosmos die ongehinderd met miljarden tegelijk door elk mensenlijf vliegen.

Voor het gevonden signaal zouden die een groter magnetisch moment moeten hebben dan tot nog toe in de theorie wordt aangenomen. Ook dat zou een opwindend resultaat zijn, zegt Decowski.

Het gevonden overschot past het beste bij het idee dat het om zonne-axionen gaat. De afwijking is in dat geval 3,5 sigma groot, wat statistisch betekent dat er ongeveer 0,0002% kans is dat het puur toeval is. In de natuurkunde is dat nog te veel om van een ontdekking te spreken. De neutrino-hypothese is nog net iets minder verdedigbaar.