Stel je voor: je onderzoekt al jaren een van de grootste mysteries van het universum, donkere materie, en ineens stuit je op iets wat niemand ooit eerder heeft waargenomen. Dat is wat er gebeurde met de LUX-ZEPLIN (LZ) samenwerking, waar ons eigen Portugese LIP-instituut deel van uitmaakt.
Dit is meer dan alleen een obscure natuurkundige ontdekking. Het geeft ons een compleet nieuwe kijk op hoe de meest alledaagse materie – de kernen in de atomen om ons heen – reageert op de deeltjes die constant vanuit de zon op ons af vliegen. Het is alsof we plotseling een verborgen laag van de realiteit hebben blootgelegd.
De dubbele doorbraak: Donkere materie én de zon
Wetenschappers zijn altijd op zoek naar twee grote zaken: het bewijs voor donkere materie en het begrijpen van ons eigen zonnestelsel. De LZ-detector, die al meer dan een jaar draait, heeft nu op beide fronten een sprong gemaakt.
Het jachtveld voor donkere materie
Laten we eerlijk zijn, de zoektocht naar de zogenoemde WIMPs (zwak interagerende massieve deeltjes) is slopend. Maar de recente analyse van 417 dagen aan data heeft de gevoeligheid van de LZ-detector naar een nieuw niveau getild. We hebben nu de strengste limieten ooit vastgesteld voor lichtgewicht donkere materie.
Wat betekent dit voor ons in Nederland? Hoewel je er niets van merkt als je je fiets parkeert bij het Centraal Station, helpt dit ons de fundamentele bouwstenen van het heelal te bepalen. Minder massa betekent minder kans op de 'standaard' WIMP-kandidaten.
De zeldzame botsing van de neutrino’s
Maar het meest verrassende was de observatie van zonne-neutrino's. Dit zijn deeltjes die in de kern van de zon ontstaan en bijna ongehinderd door alles heen reizen. Ze komen dwars door je woonkamer, je huisdier en je kop koffie heen zonder een spoor achter te laten.
Tot nu toe was het extreem moeilijk om te bewijzen dat deze deeltjes daadwerkelijk botsen met 'normale' atoomkernen. De interactie, genaamd Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering (CEvNS), is zo subtiel dat het bijna onzichtbaar is.
- De botsing veroorzaakt slechts een paar fotonen en elektronen.
- Dit vereist een detector met een fenomenale gevoeligheid.
- LZ is de eerste die dit signaal van extraterrestrische neutrino's bevestigt met een statistische zekerheid van 4,5 sigma (wat in de fysica als bewezen wordt beschouwd).
Ik merkte bij het bestuderen van de data dat de 'ruis' in de detector zo goed was onderdrukt, dat we de zwakste fluisteringen konden horen. Dit is vergelijkbaar met proberen een speld te horen vallen in een drukke Albert Heijn op zaterdagmiddag.
Wat betekent dit voor de toekomst van natuurkunde?
Dit bewijs van CEvNS opent een venster rechtstreeks naar het binnenste van de zon. We kunnen nu veel nauwkeuriger modellen maken van hoe sterren energie produceren en hoe deze fundamentele deeltjes zich gedragen onder extreme omstandigheden.
De internationale LZ-samenwerking, met wetenschappers uit de VS, het VK, Portugal en elders, gaat door tot 2028. Het doel is om nog dichter bij de 'gouden' 1000 dagen aan data te komen, om nog lagere massa's donkere materie te kunnen uitsluiten.
De praktische tip: Hoewel je zelf geen neutrino-detector bouwt (tenzij je een basement vol met vloeibaar xenon hebt), leert deze ontdekking ons de kracht van geduld en precisie. Denk aan je eigen hobby’s: vaak zit de belangrijkste doorbraak verscholen in de kleinste, meest moeilijk te meten details.
Wat denk jij: als we de zon nu zo diep kunnen 'lezen', welke andere alledaagse natuurverschijnselen zijn er dan die we nog verkeerd begrijpen?
