LUX. Credit: C. H. Faham
Deze week is op een conferentie in Engeland bekend gemaakt dat na twintig maanden intensief speuren met ’s werelds meest gevoelige detector voor donkere materie, de Large Underground Xenon (LUX) in de Black Hills van South Dakota (VS), niets is gevonden. Niets, nothing, niente, nada donkere materie, nul komma niks Weakly Interactive Massive Particles (WIMP’s), de vermeende deeltjes waaruit donkere materie volgens theoretici zou moeten bestaan. Menig natuurkundige zal er bijna wanhopig van worden. Tussen oktober 2014 en mei 2016 speurde men met LUX naar die WIMP’s en dat gebeurde in een tank, gevuld met 250 kg vloeibare, ultrakoude xenon, omgeven door een grote watertank, die in een anderhalf kilometer diepe mijn in de Black Hills is ondergebracht. Indirecte aanwijzingen laten zien dat meer dan 4/5e van de massa in het heelal uit donkere materie bestaat.
Mocht een hypothetisch WIMP-deeltje de detector passeren dan kan een xenon atoom daarmee via de zwakke wisselwerking reageren en als dat gebeurt dan gaat één van de gevoelige sensoren af, die een lichtflits zal geven (zie afbeelding hierboven). Dát is alleen niet één keer gebeurd tijdens de twintig maanden dat gespeurd is.
Nou kan je zo’n ‘null detection’ zoals het wordt genoemd positief uitleggen en zeggen dat het massabereik waar de WIMP’s zich schuilhouden verkleind is – de zogeheten cross section van de WIMP’s, het gebiedje waarbinnen ze kunnen reageren met andere deeltjes, is door de metingen met LUX vier keer kleiner geworden, 2,2 x 10^-46 cm² voor een WIMP van 50 GeV – maar feitelijk gaan nu steeds meer mensen twijfelen aan het bestaan van WIMP’s – WIMP’s are on death row, lees je al. Er zijn genoeg alternatieven: de zeer lichte axionen of steriele neutrino’s of de zeer zware WIMP-zilla’s. Ook zou een deel van de donkere materie toch astrofysisch van aard kunnen zijn, in de vorm van zware stellaire zwarte gaten in het vroege heelal, die door LIGO aan de hand van zwaartekrachtsgolven zijn ontdekt. Men gaat nu de LUX-resultaten gebruiken om de LUX-ZEPLIN – de veel grotere opvolger van LUX, die 70 keer zo gevoelig zal zijn – te fine-tunen. LUX-ZEPLIN is naar verwachting in 2020 gereed. Bron: Brown Universiteit + Francis Naukas + Not Even Wrong.
