15 augustus 2020

XENON1T gaat beginnen aan de jacht op WIMP’s, deeltjes donkere materie

Het hart van de grote XENON1T detector (zie ook de infografiek onderaan). Credit: XENON Collaboration

De XENON1T detector, 1400 meter diep onder de grond onder het massieve Gran Sasso gebergte in Italië, is onlangs in gebruik genomen. Met die detector hoopt men WIMP’s te ontdekken, weakly interactive massive particles, de hypothetische deeltjes waaruit donkere materie zou bestaan, de mysterieuze tot nu toe ongeziene materie die 85% van alle materie in het heelal vormt. Naar die deeltjes wordt wereldwijd al heel lang gezocht – tot nu toe zonder succes – maar de XENON1T detector is op dit moment de meest gevoelige detector en de verwachtingen zijn hoog. Het is de opvolger van XENON 10 (van 2006 tot 2009) en XENON 100 (2010 tot nu), die beiden 25 respectievelijk 160 kilogram xenon bevatten. XENON1T bevat maar liefst 3500 kg xenon, gekoeld tot een temperatuur van -108 °C, als de gemiddelde dichtheid drie keer hoger als van water is. Theoretici hopen dat passerende WIMP’s, die alleen gevoelig zijn voor de zwakke en gravitationele wisselwerking, af en toe zullen reageren met de xenonatomen in de detector en dat er dan sensoren zullen afgaan. Men denkt dat zo’n gebeurtenis één keer per jaar per 1000 kg xenon zal plaatsvinden, dus met XENON1T wil/hoopt men zo’n drie hits per jaar meemaken.

Zo werkt de XENON1T detector (de met 3500 kg xenon gevulde tank heet TPC in de afbeelding. Credit: XENON Collaboration

Buiten Italië zijn andere groepen natuurkundigen ook bezig hun detectoren gevoeliger te maken, zoals die van de Amerikaanse LUX en Britse Zeplin groepen, die samen aan de grote LZ-detector bezig zijn. Die is nog niet gereed, maar als het zo ver is zal ‘ie net zoals de XENON1T detector diep onder de grond komen te staan. Dat doen ze om de detectoren af te schermen van ruis, storende achtergrondsignalen die kunnen komen van bronnen zoals kosmische straling uit de ruimte. Interessant hierbij is dat de detectoren zo gevoelig worden dat ze op een gegeven moment een nieuwe storende factor tegen zullen komen: neutrino’s. Dat zijn de deeltjes die met 100 biljard tegelijk per seconde dwars door je lichaam vliegen zonder dat je er iets van merkt en die ook met gemak dwars door de aarde en de zon kunnen vliegen. Enkele jaren geleden berekende men wanneer die ‘bodem van neutrino’s’ wordt bereikt en die zie je als de bruine stippellijn in de grafiek hieronder. Je ziet dat bij WIMP’s met een lage massa (< 10 GeV) de neutrino’s al kunnen gaan storen – steeds meer natuurkundigen denken dat WIMP’s wel eens licht zouden kunnen zijn.

Credit: XENON Collaboration

De natuurkundigen van XENON1T hebben er al rekening mee gehouden dat ze ondanks de hoge verwachtingen niets zullen vinden. De detector is vrij eenvoudige op te waarderen naar de XENONnT detector, waar maar liefst 7000 kg xenon in zit. Nou en als ze daar geen WIMP’s mee vinden dan weten ze ‘t ook niet meer. 🙂 Bron: Symmetry Magazine + Francis Naukas + Symmetry Magazine.

Speak Your Mind

*

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