XENON1T maakt zich op om donkere materie te detecteren

11 - 11 - 2015


Nederland bouwde mee aan gevoeligste detector voor donkere materie ooit

Nikhef-Persbericht, 11 november 2015 (English follows Dutch)

Vandaag heeft een internationaal samenwerkingsverband van wetenschappers in het ondergrondse Gran Sasso laboratorium in Italië het nieuwe XENON1T-experiment in gebruik genomen. XENON1T is ontworpen om met een ongeëvenaarde gevoeligheid naar donkere materie te zoeken. Het heelal bestaat uit vijf keer zoveel donkere materie dan uit de materie die wij nu kennen, atomen en moleculen. Toch is die mysterieuze donkere materie nog altijd niet direct waargenomen. XENON1T moet hier verandering in brengen, mede dankzij Nederlandse inbreng.  

Donkere materie is een van de basisingrediënten van het heelal en al decennialang wordt er in laboratoriumexperimenten naar gezocht. Maar tot nu toe is donkere materie alleen indirect waargenomen, via de zwaartekrachtinteracties die de bewegingen van hemellichamen bepalen. Op basis hiervan verwachten wetenschappers dat donkere materie bestaat uit een nieuw, stabiel elementair deeltje dat tot nu toe aan detectie ontsnapt is. “We verwachten dat er per seconde ongeveer honderdduizend donkere-materiedeeltjes door een oppervlak ter grootte van een duimnagel bewegen,“ zegt Patrick Decowski, programmaleider van de onderzoeksgroep Donkere Materie bij Nikhef, het Nationaal instituut voor subatomaire fysica in Amsterdam. “Het feit dat we ze nog niet hebben waargenomen, vertelt ons dat de waarschijnlijkheid dat de deeltjes tegen atomen in onze detectors aanbotsen zeer klein is en dat we gevoeligere experimenten nodig hebben om de vingerafdrukken van dit deeltje te vinden. XENON1T is zo’n experiment.“

Ondergronds laboratorium

XENON1T bevindt zich in het Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italië, een van de grootste ondergrondse laboratoria ter wereld. “We doen onze experimenten in een watertank, 1400 meter onder de grond, omdat we alleen donkere materie willen meten, en geen andere soorten straling. De massieve rotsen en het water schermen de gevoelige apparatuur af,“ aldus Decowski. Zijn naam dankt XENON1T aan het edelgas xenon waarmee het instrument gevuld is. Een botsing tussen donkere materie en xenon resulteert in een minuscule lichtflits. Met 248 uiterst gevoelige lichtsensoren gaat naar zulke lichtflitsen gezocht worden.

Gevoeligste ter wereld
Als XENON1T eenmaal volledig operationeel is, zal het het gevoeligste donkere-materie experiment ter wereld zijn. Het Nederlandse Nikhef-team was onder andere verantwoordelijk voor de trillingvrije ophanging van het ‘vat’ met xenon, voor de data-acquisitie-  en de data-analysesoftware. “Het experiment kan in de toekomst nog nauwkeuriger gemaakt worden. We doen onze uiterste best om het mysterie van donkere materie eindelijk te ontrafelen.” Aan de realisatie van het experiment is 5 jaar gewerkt door 20 onderzoeksgroepen uit 10 landen. XENON1T, met een totale massa van 3500 kg is de derde generatie instrument van het XENON-project dat 15 jaar geleden begon met een detector van 3 kg. XENON1T volgt XENON100 op, dat tot 2013 ‘s werelds meest gevoelige donkere materie detector was. De eerste resultaten van XENON1T worden begin 2016 verwacht.

Over de XENON-collaboratie
Nikhef is een van de instituten die deelneemt in het internationale XENON-samenwerkingsverband, die bestaat uit twintig onderzoeksgroepen uit Nederland, de Verenigde Staten, Duitsland, Italië, Zwitserland, Portugal, Frankrijk, Israël, Zweden en Abu Dhabi. Website: www.xenon1t.org

Over Nikhef:

Het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) verricht onderzoek op het gebied van deeltjes- en astrodeeltjesfysica. Nikhef coördineert de Nederlandse inbreng in grote internationale experimenten. Het instituut is een samenwerkingsverband tussen de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) en vier universiteiten: de Radboud Universiteit Nijmegen, de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Utrecht en de Vrije Universiteit Amsterdam. FOM maakt deel uit van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Nikhef is gevestigd op het Amsterdam Science Park.

Meer informatie:
•    Afdeling Wetenschapscommunicatie van Nikhef: Melissa van der Sande – 020 592 2075
•    Programmaleider van de onderzoeksgroep Donkere Materie bij Nikhef en als professor verbonden aan de Universiteit van Amsterdam: Prof. dr. Patrick Decowski – 020 592 2145   
•    Website van het ondergrondse laboratorium in Gran Sasso         
•    Website van de Nikhef-onderzoeksgroep Donkere Materie
•    Professor Laura Baudis, verbonden aan de Physik Institut van de Universiteit van Zürich en onderzoeker bij XENON1T spreekt tijdens Physics@FOM Veldhoven (19 en 20 januari 2016) over o.a. haar onderzoek bij het samenwerkingsverband. Meer informatie.

Bijschriften foto’s:
1. Hal B van het Gran Sasso laboratorium: links de watertank waarin het hart van de XENON1T-detector opgehangen is; rechts op drie verdiepingen de ‘auxiliary systems’.
2. Constructie van de XENON1T donkere materie detector in een cleanroom.

(Grotere versies van de foto’s kunnen opgevraagd worden)

XENON1T gears up to detect dark matter
The Netherlands helped build the most sensitive dark matter detector ever

An international collaboration of scientists inaugurated the new XENON1T experiment in the underground Gran Sasso laboratory in Italy today. XENON1T was designed to search for dark matter with an unprecedented sensitivity. The Universe consists of five times more dark matter than the ordinary matter we are familiar with, made up of atoms and molecules. Nonetheless, this mysterious dark matter has still not been detected directly. XENON1T is set to change that, in part due to the Dutch contributions.  

Dark matter is one of the main ingredients of the universe, and for decades, laboratory-based experiments have searched for it. Dark matter has so far only been detected indirectly, via gravity interactions that govern the motion of astrophysical objects. Scientists expect that dark matter consists of a new, stable elementary particle that has thus far escaped detection. “We expect that every second about one hundred thousand dark matter particles pass through an area the size of a thumbnail,” says Patrick Decowski, programme leader of the Dark Matter research group at Nikhef, the National institute for subatomic physics in Amsterdam. “The fact that we haven’t detected them yet, tells us that the probability that the particles collide with atoms in our detector is very small and that we need more sensitive experiments to uncover them. XENON1T is such an experiment.”
 
Underground laboratory
XENON1T is located in the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy, one of the largest underground laboratories in the world. “We perform our experiment in a water tank, 1400 meter underground, because we want to detect only dark matter, and filter out all other types of radiation. The massive layer of rock and the water shield off the sensitive equipment,” according to Decowski. XENON1T is named after the noble gas xenon, with which the detector is filled. A collision of dark matter with xenon results in a tiny flash of light. 248 extremely sensitive light sensors will be searching for such flashes.  

Most sensitive in the world

As soon as XENON1T is fully operational, it will take about a week for the experiment to become the most sensitive dark matter experiment in the world. The Dutch Nikhef team was responsible for, among other aspects, the vibration-free suspension of the xenon vessel, as well as the data acquisition and data analysis software. “The experiment can be made even more sensitive in the future. We’ll do our utmost to finally unravel the mystery of dark matter.” It took 20 research groups from 10 countries five years to complete the experiment. XENON1T, with a total mass of 3500 kg is the third generation of instruments in the XENON project that started 15 years ago with a detector weighing only 3 kg. It succeeds XENON100, which was the world’s most sensitive dark-matter detector up to 2013. The first results from XENON1T are expected early 2016.  

About the XENON collaboration:
Nikhef is one of the institute participating in the international XENON collaboration, which consists of 20 research groups from The Netherlands, The United States, Germany, Italy, Switzerland, Portugal, France, Israel, Sweden and Abu Dhabi. Website: www.xenon1t.org

About Nikhef:
The National institute for subatomic physics (Nikhef) performs research in the area of particle and astro-particle physics. Nikhef coordinates the Dutch contributions to major international experiments, such as based at CERN. The institute is a collaboration between the Foundation for Fundamental Research of Matter (FOM) and four universities in the Netherlands: Radboud University, University of Amsterdam, Utrecht University and the Vrije Universiteit Amsterdam. FOM is part of the Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO). Nikhef is based in the Amsterdam Science Park.