De uitbreiding van het XENON-experiment op Gran Sasso in Italië werpt zijn vruchten af. De grotere detector werkt beter dan zijn voorgangers.
Dat meldt de XENON-samenwerking vandaag in presentaties op Gran Sasso en de Moriond winterconferentie in Italië van de eerste resultaten na de uitbreiding van het detectorvolume. In de eerste honderd dagen meten is een nieuwe, scherpere bovengrens gesteld aan eventuele donkere-materiedeeltjes. De resultaten zijn gepubliceerd op Arxiv.
Grote Rots
Nikhef is een van de partners in het XENON-project, dat in Italië diep ondergronds wordt uitgevoerd, van de kosmische straling afgeschermd door het graniet van de Gran Sasso (Grote Rots) erboven. De Nederlanders leverden in het LNGS-laboratorium een grote bijdrage aan de vernieuwing de afgelopen jaren, en aan het fysische meetprogramma van het project.
XENON jaagt op zogeheten WIMPs, weakly interacting massive particles. Dat zijn nog onbekende deeltjes waaruit de donkere materie in het heelal in theorie zou kunnen bestaan. Donkere materie is onzichtbaar, maar zou zo’n viervijfde van alle zwaartekracht in het heelal verklaren. Er zijn geen bestaande deeltjes die dat kunnen verklaren.
Achtergrondstraling
In XENON gebeurt dat door een vat ultrakoud en ultrapuur vloeibaar xenon te observeren. In theorie zouden passerende WIMPs uit het heelal een lichtflitsje in het vat moeten afgeven en daarna nog een karakteristieke elektrische puls.
De afgelopen jaren werd de eerdere detector met ongeveer 1 ton xenon (1T) op Gran Sasso vervangen door een volume met 8.6 ton xenon, waarvan 5.9 ton werkzaam is (nT). Veel moeite is besteed aan het terugdringen van achtergrondstraling, vooral uit radioactieve sporen in het vloeibaar gemaakte gas.
In de nT-detector is vijfmaal minder achtergrondsignaal dan voorheen, door betere materiaalkeuzes en betere reiniging van het gebruikte xenon. Dat maakt het mogelijk om nog zeldzamer gebeurtenissen te zien.
Limiet
Voor de publicatie in Phys.Rev.Lets zijn honderd dagen metingen geanalyseerd. XENONnT ziet geen aanwijzingen voor passerende nieuwe deeltjes. Daarmee kan wel een nieuwe limiet worden afgeleid voor welke eigenschappen donkere materiedeeltjes dan nog wel kunnen hebben. Deze limiet is scherper dan wat XENON1T vond.
Dat resultaat past in een reeks van steeds scherpere limieten die XENON en andere donkere-materiedetectoren hebben gesteld. Programmaleider Patrick Decowski van de Dark Matter-groep op Nikhef, die woensdag op Moriond de resultaten presenteerde, noemt de nieuwe metingen heel bemoedigend.
Decowski: “Het is een mooi eerste resultaat met maar 100 dagen meettijd. We hebben de achtergronden inmiddels nog verder verlaagd en plannen voor tienmaal meer data. XENONnT heeft daarmee prachtige kaarten om de zoektocht naar donkere materie voort te zetten.”