Natuurkundigen proberen naarstig een meting van donkere materie te ontcijferen

In dit artikel:

Een enkele lichtflits in de Amerikaanse LUX-ZEPLIN-detector (LZ) heeft nieuwe speculatie over donkere materie aangewakkerd. De detector bevat een groot vat vloeibaar xenon en zoekt naar lichtflitsen die ontstaan wanneer een donkeremateriedeeltje tegen een xenonkern botst. Begin september meldde het LZ-team één mogelijke gebeurtenis. De kans dat het signaal slechts toeval of achtergrondruis was, bedraagt ongeveer één op tweehonderd. Daarmee is nog lang geen ontdekking bewezen.

De waargenomen botsing had meer energie dan verwacht. De meeste natuurkundigen gaan ervan uit dat donkere materie bestaat uit WIMPs, oftewel zwaarwegende deeltjes die nauwelijks met gewone materie reageren. Volgens LZ-natuurkundige Henning Flaecher past de gebeurtenis echter niet bij de gangbare WIMP-modellen. Vooral het ontbreken van andere botsingen met lagere energie maakt het onwaarschijnlijk dat het om een gewone WIMP gaat.

In de weken na de melding verschenen tientallen wetenschappelijke artikelen met mogelijke verklaringen. Een veelbesproken optie is het higgsino: een afwijkende WIMP die voortkomt uit de theorie van supersymmetrie. Die theorie voorspelt voor elk bekend deeltje een zogeheten superpartner; het higgsino zou de superpartner van het higgsboson zijn. Volgens natuurkundige JiJi Fan kan zo’n deeltje de energierijke LZ-gebeurtenis verklaren zonder de verwachte botsingen met lagere energie. Eerdere experimenten lijken de benodigde eigenschappen van een higgsino echter uit te sluiten. Het deeltje zou dan aanzienlijk zwaarder moeten zijn dan doorgaans wordt aangenomen.

Andere onderzoekers zoeken de verklaring in modellen waarin donkere materie afkomstig is uit extra dimensies. Volgens Lisa Randall kunnen die modellen de waarneming verklaren en tegelijk andere onopgeloste vragen over de massa van elementaire deeltjes helpen beantwoorden. Ook wordt rekening gehouden met een hele familie van donkere deeltjes met uiteenlopende eigenschappen.

Vooralsnog bieden de gegevens geen basis om tussen deze ideeën te kiezen. Onderzoekers benadrukken dat eerst meer metingen nodig zijn om vast te stellen of het signaal werkelijk van donkere materie kwam. Het LZ-team en andere detectoren blijven daarom zoeken naar bevestiging. De voorgestelde modellen helpen daarbij door concrete voorspellingen te doen over nieuwe signalen.