19 juni 2018

Sterke twijfels aan interpretatie van resultaten donkere materie experiment DAMA/LIBRA-fase 2

Credit: DAMA/LIBRA

Op 26 maart van dit jaar werden door Rita Bernabei de resultaten bekendgemaakt van zes jaar metingen met de Italiaanse DAMA/LIBRA detector, die zich diep onder de grond in het San Grasso gebergte in de Italiaanse Apennijnen bevindt. In deze tweede fase van het experiment werd bevestigd wat al in de eerste fase van de voorafgaande zes jaar werd gevonden, namelijk een signaal van donkere materie dat met de seizoenen varieert. De detectoren bevatten natrium jodide kristallen en die reageren met de hypothetische WIMP’s, weakly interactive massive particles, de vermeende deeltjes donkere materie. In juni bereikt het signaal altijd een maximum, als de aarde in z’n baan om de zon dezelfde kant uit beweegt als de zon in zijn baan om het centrum van de Melkweg – als de snelheid het grootst is waarmee we tegen de stroom van WIMP’s in bewegen, vergelijkbaar met een auto die tegen de wind in rijdt en de meeste regen te verduren krijgt. In december beweegt de aarde met die stroom mee en daalt het signaal naar een minimum (zie de afbeelding hieronder).

Credit: Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Trots liet Bernabei de statistische betrouwbaarheid van de metingen zien: maar liefst 12,9 sigma, ver boven de grens van 5 sigma, die door wetenschappers wordt gezien als de grens van wat als een echte ontdekking mag worden gezien – bij 5 sigma is de kans dat het signaal niet echt is 1 op 3,5 miljoen. Wowie, bijna 13 sigma, dan moet DAMA/LIBRA toch wel echt WIMP’s hebben gezien! Nou niet dus, aan de metingen wordt door zo wat alle natuurkundigen gewtijfeld, behalve door de medewerkers van de detector zelf. Probleem is dat afgelopen twaalf jaar dat ze daar in Italië wel signalen hebben gevonden geen enkele andere detector waar ook ter wereld dezelfde signalen heeft gezien. En da’s vreemd. Detectoren zoals het Spaanse ANAIS, de Koreaanse COSINE-100 en de Japanse PICO-LON werken met dezelfde methode als DAMA/LIBRA, maar daar is niets gevonden.

De DAMA/LIBRA detector. Credit: DAMA/LIBRA

Verder werd in een vorige week gepubliceerd artikel van drie natuurkundigen, waaronder Katherine Freese, degene die in 1986 mede het idee achter de DAMA detector bedacht, aangetoond dat een standaard WIMP het DAMA/LIBRA signaal nooit kan hebben veroorzaakt. De detector is in de tweede run gevoeliger geworden in vergelijking met Fase 1, zodat ook interacties van WIMP’s met lagere energie met de natrium en jodide kristallen kunnen worden gevonden. En die vond men ook, interacties (‘recoils’) bij lagere en hogere energieën. Probleem was alleen dat die twee energieklassen erg veel op elkaar leken en dat kan volgens Freese et al niet. Afhankelijk van de massa van de WIMP zou er een verschil moeten zitten tussen de data van lagere en hogere energieën in juni en december, een verschil dat niet is waargenomen. OK, WIMP’s die niet standaard zijn en die bijvoorbeeld een voorkeur hebben voor interacties met protonen boven neutronen, zouden wel in staat zijn het waargenomen signaal te verklaren, maar zo’n model met ‘schending van isospin’ zoals dat heet wordt niet waarschijnlijk geacht, omdat dan detectoren als XENON1T dat gemerkt zouden hebben, hetgeen niet gebeurd is.

Voorstelling van een interactie tussen WIMP’s en een atoomkern. Credit: CDMS.

Vraag is natuurlijk: als DAMA/LIBRA géén WIMP’s heeft gezien, wat veroorzaakt dan wel dat jaarlijkse periodieke signaal, dat al twaalf jaar is waargenomen? Ze hebben echt iets gezien, daar wijst die 12,9 sigma wel op, daarover is geen misverstand. Maar wat is het dan? Daar zijn al verschillende ideeën voor geopperd, zoals muonen die de aarde in juli bombarderen en neutrino’s van de zon die dat in januari doen, maar die hebben op hun beurt allemaal weer tekortkomingen, dus voorlopig blijft het een mysterie wat ze dan wel hebben waargenomen. Geen donkere materie in ieder geval, zo lijkt het. Bron: Francis Naukas + Quanta Magazine.

Reacties

  1. Ons zonnestelsel staat op een afstand van ca. 7.4–8.7 kiloparsecs van het galactisch centrum, en heeft een snelheid van zo’n 828.000 km/u niet afwijkt van de Kepler formule, ergo er is hier helemaal geen DM te bekennen in onze regio 🙂 . DM is pas “nodig” boven de 9-10 kps van het centrum waar Kepler begint af te wijken van de Doppler waarnemingen.

  2. Obelix Obelix zegt:

    Waarom zouden die hypothetische WIMP’s eigenlijk stilstaan in de Melkweg-disk?

    Als de zon door de zwaartekracht van het melkwegstelsel om het centrum zijn baan beschrijft, zouden de WIMP’s dan ook niet gewoon die kant op mee bewegen? Maar dan komen we juist minder WIMP’s tegen als we met de stroom (en zon) meebewegen en meer als we tegen de stroom in bewegen. Dus net anders om als wat men in Italië meet.

    Dat er geen significante metingen in Korea en Japan zijn, doet mij vrezen dat er iets aan de hand is met de Italiaanse meetinstallatie. Hebben we onlangs op AstroBlogs niet iets kunnen lezen over sterren met nicotine in hun spectrum. 😀 😉 http://www.astroblogs.nl/2018/03/11/hoe-zat-het-ook-al-weer-met-die-potassium-flare-stars/

    Groet, Paul

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe jouw reactie gegevens worden verwerkt.