Het XENON-experiment in Gran Sasso dat jaagt op tekenen van donkere materie, heeft een eerdere afwijking in de data na intensief onderzoek zelf naar de prullenbak verwezen. Het piekje dat bij lage energie in de metingen opdook, is vermoedelijk te wijten geweest aan sporen van tritium in het systeem.
Dat schrijft de internationale XENON-samenwerking deze week in een artikel over de eerste metingen met een vernieuwde en uitgebreide versie van het eerdere experiment. Nikhef is een belangrijke partner in de techniek en metingen van XENON.
XENON probeert donkere-materie-deeltjes uit het heelal te vangen door te zoeken naar lichtflitsjes van botsingen met xenon-atomen. De detector vol vloeibaar xenon bevindt zich onder een kilometer graniet van het Gran Sasso gebergte in Italië in een reusachtige watertank, om alle andere kosmische straling af te schermen.
Raadsels
Tot nog toe heeft het experiment nooit een aanwijzing voor donkere materie gevonden, maar wel steeds meer denkbare vormen van donkere materie uitgesloten. Donkere materie is een van de raadsels van de natuurkunde. Snel draaiende sterrenstelsels worden door onzichtbare extra massa bij elkaar gehouden, maar waaruit die bestaat is onbekend.
In 2020 meldde de collaboratie dat in de metingen met de vorige versie van het experiment, XENON1T genaamd, een afwijking bij de allerlaagst gemeten energie te zien was. Daarvoor leken verschillende verklaringen mogelijk, van een vervuiling met radioactieve sporen tot aanwijzingen voor onbekende deeltjes zoals axionen, en mogelijk zelfs donkere materie.
Opwinding
Dat laatste leidde tot enige opwinding in de media, maar de onderzoekers zelf bleven uiterst voorzichtig. Nader onderzoek moest laten zien wat er werkelijk aan de hand kon zijn. Daarbij waren sporen tritium, een radioactief gas dat ontstaat in kernreacties en in de atmosfeer door kosmische straling.
Sinds 2020 is de ondergrondse detector herbouwd met een groter volume bruikbaar vloeibaar xenon en veel betere filtersystemen. Het nieuwe systeem, XENONnT genaamd, heeft een vijfmaal lagere achtergrondruis dan XENON1T en zou daardoor een afwijking beter moeten zien. Het eerdere piekje is echter niet te zien in de nu gepubliceerde eerste metingen met de grotere detector, die inderdaad veel lagere achtergrondruis geeft.
Tritium
De eerste metingen met XENONnT hebben al meteen weer een scherpere grens gesteld aan eventuele donkere-materiedeeltjes. In het artikel over deze metingen beschrijven de XENON-fysici ook hoe er systematisch is gezocht naar aanwijzingen voor verstoring door tritium.
De nieuwe versie van het experiment bevat een veel beter filtersysteem voor tritium-vervuiling in het gebruikte xenon en de materialen van de detector zelf. De detector zelf is voor gebruik nog veel rigoureuzer schoongemaakt dan in de eerdere versie. Het tritium concentratie is met minstens een factor tien gereduceerd.
Bitterzoet
UvA-fysicus Patrick Decowski, leider van de Dark Matter-groep bij Nikhef en nauw betrokken bij het schrijven van het nieuwe artikel, noemt het resultaat bitterzoet. “Het heeft twee kanten. Het goede nieuws is dat de nieuwe grotere detector beter in staat zal zijn om eventuele donkere materie te vinden. Maar het blijft natuurlijk jammer dat een spannend piekje toch niks bijzonders blijkt te zijn.”
