Diep onder de grond, bijna een mijl onder het oppervlak, in een schacht van een voormalige goudmijn in South Dakota, werkt een van de meest gevoelige detectoren op de planeet. LUX-ZEPLIN, of kortweg LZ, is een enorme tank met tien ton ultrazuiver vloeibaar xenon. Het is gebouwd om te vangen wat tot nu toe aan alles is ontsnapt: deeltjes van donkere materie.
The results were presented earlier today by Dr Sam Eriksen of @BristolUni at the TeVPA conference in Tendo, Japan
Donkere materie vormt ongeveer 85 procent van alle materie in het universum. Haar zwaartekracht houdt sterrenstelsels bij elkaar, beïnvloedt de beweging van sterren en vormt de grootschalige structuur van de kosmos. Maar zelf is ze onzichtbaar en heeft ze bijna geen interactie met gewone materie. Decennialang bouwden natuurkundigen steeds nauwkeurigere opstellingen om maar een hint van haar aanwezigheid op te vangen. En nu, op 1 september 2026, kondigde de LZ-collaboratie op de conferentie TeV Particle Astrophysics in Japan een resultaat aan dat wetenschappers deed opschrikken.
In de gegevens die zijn verzameld gedurende 220 'levende' dagen observatie van maart 2023 tot april 2024, werd een enkelvoudige gebeurtenis ontdekt. Op 16 juni 2023 registreerde de detector een nucleaire terugslag - een minuscule 'stoot' van een xenonkern met een energie van ongeveer 248 kiloelektronvolt. Dit gebeurde in het gebied van de detector waar achtergrondprocessen uiterst zeldzaam zouden moeten zijn. Na grondige analyse konden wetenschappers deze gebeurtenis niet verklaren met bekende bronnen: radioactieve onzuiverheden, neutronen of kosmische straling die toch door de rotslaag heen dringt.
De statistische significantie was 2,6 sigma. De kans dat dit een willekeurige fluctuatie van de achtergrond is, is ongeveer een half procent. Voor een ontdekking in de deeltjesfysica is vijf sigma vereist. Daarom verklaart niemand dat er donkere materie is gedetecteerd. Maar dit is het meest intrigerende signaal dat LZ in zijn hele bestaan heeft ontvangen.
Als de gebeurtenis inderdaad verband houdt met donkere materie, dan moet het deeltje vrij zwaar zijn - niet minder dan 200 gigaelektronvolt, dat wil zeggen meer dan 200 keer zo zwaar als een proton. En het moet op een andere manier interageren dan in de eenvoudigste WIMP-modellen - zwak interagerende massieve deeltjes. In het klassieke beeld zouden dergelijke hoogenergetische terugslagen vergezeld moeten gaan van vele zwakkere. Die zijn niet gezien. Dit wijst op complexere varianten: inelastische interacties of exotische operatoren in de effectieve veldentheorie.
Inmiddels heeft de collaboratie al veel meer gegevens - meer dan 700 dagen observatie, die nog blind moeten worden geanalyseerd. Andere experimenten, zoals XENONnT en PandaX, zetten hun werk ook voort. Als soortgelijke gebeurtenissen opnieuw verschijnen, zou het beeld kunnen veranderen. Zo niet, dan blijft het een zeldzame statistische anomalie.
De wereld waarin we leven is met verbazingwekkende precisie geordend. Donkere materie, die we tot nu toe niet direct hebben aangeraakt, bepaalt het lot van sterrenstelsels en misschien wel het bestaan van sterren en planeten zelf. Een nauwelijks waarneembare impuls in vloeibaar xenon onder de grond is een kleine echo van processen die zich op de schaal van het hele universum afspelen. Voorlopig is dit slechts een hint. Maar het zijn juist zulke hints die ooit nieuwe hoofdstukken openden in het begrip van de werkelijkheid.
