Donkere materie blijft duister

Wetenschappers krabben zich danig achter de oren na de presentatie, eind vorige week, van het LUX-experiment diep in een oude goudmijn in de VS. Die detector speurt met ongekende gevoeligheid naar het zeldzame inslaan van zogeheten donkere materie-deeltjes. Vooralsnog zien de Amerikanen vooral: niets.

AMSTERDAM - 'Tenzij we iets in de theorie helemaal over het hoofd zien, betekent dit in elk geval dat eerdere claims over donkeremateriedeeltjes niet kunnen kloppen', zegt theoretisch fysicus Gianfranco Bertone van de universiteit van Amsterdam. Uitgerekend deze week publiceert hij een boek over het verband tussen deeltjesfysica en kosmologie.


Astronomen weten uit de bewegingen van sterrenstelsels aan de hemel al lang dat er pakweg vijfmaal zo veel zwaartekracht in het heelal trekt als de zichtbare sterren en gassen kunnen uitoefenen. Wat dieonzichtbare materie is, is een raadsel, waarvoor talloze verklaringen worden aangedragen. Hoge ogen gooien de zogeheten WIMP's (weakly interacting massive particles), on-alledaagse deeltjes met massa die om allerlei redenen nauwelijks met gewone materie botsen en geen licht geven. In versnellers als de LHC van CERN wordt er in de brokstukken van botsende protonen naar zulke WIMP's (Engels voor 'watjes') gezocht.


Daarnaast is er een reeks ondergrondse experimenten gedaan, en nog gaande, waarin gekeken wordt of in grote volumes van bijvoorbeeld vloeibaar xenon of speciale germaniumkristallen lichtflitsen optreden die niet van gewone inslagen van kosmische straling kunnen komen.


De speurtocht naar de aard van de donkere materie speelt in Bertones boek een hoofdrol. Claims van vermoedelijke waarnemingen in speciale ondergrondse detectoren in Europa (Gran Sasso in Italië) en de VS zijn er de laatste jaren genoeg geweest. Die waren al omstreden, maar de nieuwe LUX-resultaten maken het er niet beter op, zegt hij.


Bertone: 'Het is niet uitgesloten dat kristalexperimenten als DAMA in Italië en CoGent in Minnesota echte signalen oppikken. Maar WIMP's kunnen dat haast niet zijn, is mijn idee.'


In de Homestake Mine in South Dakota bouwden Amerikaanse universiteiten de laatste jaren LUX, het large underground xenon experiment, dat sinds april 2013 bijna honderd dagen metingen deed. LUX bestaat uit een tank van 370 kilo vloeibaar xenon, omgeven door een groot waterbassin om allerlei straling af te schermen. Het geheel bevindt zich een mijl ondergronds, tegen reguliere kosmische straling.


In die drie maanden registreerde het LUX-team 160 serieuze flitsen, nog geen twee per dag. Wat die flitsen veroorzaakt is onduidelijk, maar in elk geval is het veel minder dan de meer dan 1.550 flitsen die theoretisch werden verwacht, uitgaande van relatief lichte WIMP-deeltjes die de eerdere experimenten leken te vertonen. Tegelijk is LUX twintig keer zo gevoelig als de eerdere detectoren.


Voor Bertone zijn lichte WIMP's als donkere-materiekandidaat daarmee van de baan. Meer meten is het devies, ondermeer met LUX zelf. Bertone is betrokken bij het nieuwe donkerematerie-experimenten in Gran Sasso, Xenon1T, dat met een ton vloeistof verreweg de grootste detector wordt.


Bertone: 'Daarmee kunnen we ook zwaardere WIMP's vangen, dus wie weet wat we over een paar jaar hebben ontdekt. Als we ook daar niets zien, zullen we op zoek moeten naar nog veel exotischer verklaringen voor donkere materie.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden