Turen in een Italiaans gat
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.
Dagboek over raadsel in het heelal
Sander Breur, oud-voorzitter van de LSVb, is een van de Nederlandse wetenschappers die hiermee het grote raadsel van het universum moet helpen oplossen: wat en waar zit de 95% van de materie in het heelal die wij niet kunnen zien? Hij zal op ScienceGuide zijn belevenissen in dagboekvorm bij houden, zoals hij dit al eerder deed bij zijn bezoek aan CERN.
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.“
Watertank 1400 meter diep
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.
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.
