Nikhef-onderzoeker Tina Pollmann heeft financiering gekregen van NWO voor een testopstelling die cruciaal zou kunnen zijn in de wereldwijde zoektocht naar donkere materie.
UvA-docent Pollmann is verbonden aan het XENONnT-experiment in Gran Sasso, Italië. Dit experiment maakt gebruik van een groot ondergronds vat gevuld met koude vloeibare xenon om te zoeken naar sporen van ultraviolet licht van binnenkomende donkere-materiedeeltjes.
Donkere materie is een van de grote mysteries van de natuurkunde. Ongeveer 85 procent van alle massa in het universum is onzichtbaar, maar geeft wel vorm aan bijvoorbeeld sterrenstelsels door middel van zwaartekracht. Als deze materie uit deeltjes bestaat, zouden deze af en toe detecteerbaar moeten zijn in een detector.
XENONnT is een van de detectoren die al vele jaren probeert donkere-materiedeeltjes te vangen, tot nu toe zonder succes. Hoewel de gevoeligheid van de detector voortdurend is verhoogd, zijn er nog steeds veel valse lichtsignalen die helderder zijn dan wat van donkere materie wordt verwacht.
In alle edelgasdetectoren voor donkere materie worden dergelijke valse signalen veroorzaakt door radioactieve straling uit de omgeving, die een paar keer per seconde een lichtflits in de detector veroorzaakt.
Na deze zeer korte flitsen van UV-licht blijft er honderd keer langer licht worden gedetecteerd dan verwacht. Dit effect verblindt de detector tot een kwart van de tijd, maar de bron van dit extra licht was tot nu toe onduidelijk.
Pollmann en haar collega’s willen een nieuwe hypothese testen voor de oorsprong van deze vertraagde lichtflitsen. De groep richt zich op organische soldeervloeistof of flux, die standaard wordt gebruikt in de bekabeling van de lichtsensoren in de detectoren. Sporen van deze vloeistof zijn fotoluminescent onder uv-licht en lossen gemakkelijk op in edelgasvloeistoffen zoals xenon, zoals nu bekend is.
Berekeningen tonen aan dat zelfs zeer lichte luminescentie al het achtergrondlicht in de detector zou kunnen verklaren. Volgens Pollmann is het verminderen van de hoeveelheid vertraagd licht noodzakelijk om detectoren voor donkere materie aanzienlijk gevoeliger te maken. “We moeten het licht uitdoen om donkere materie te kunnen zien”, zegt ze.
In een van de laboratoria van Nikhef in Amsterdam wordt een testopstelling gebouwd om de rol van soldeer beter te kunnen bestuderen en mogelijke alternatieven te testen. Pollmann wil dit instrument het komende jaar verder uitbreiden tot een testinstallatie voor XENONnT, waar ook materialen uit andere donkere-materie-experimenten kunnen worden getest en geïnspecteerd.
Dat dit soms wetenschappelijke concurrenten zijn, is volgens Pollmann geen probleem. “Uiteindelijk gaat het om de ontdekking van donkere materie, niet om de ontdekkers.”
Pollmann ontvangt voor de uitbreiding een ENW-XS-subsidie van bijna 50.000 euro van NWO. Deze week maakte NWO bekend dat het 72 van dergelijke subsidies toekent voor potentieel baanbrekend maar risicovol onderzoek.
