Donkere materie hebben we nog niet gevonden. Met behulp van de zon zou het wél kunnen lukken.
Donkere materie is een steeds grotere doorn in het oog van sterrenkundigen aan het worden. Sinds eind jaren zeventig, begin jaren tachtig accepteren wetenschappers dat het heelal voor maar liefst 85 procent bestaat uit een vorm van materie die we niet kunnen zien. Helaas lukt het maar niet om de deeltjes te vinden die dit verschijnsel zouden verklaren. Daarom beginnen wetenschappers allerlei nieuwe zoekstrategieën te verkennen. Zoals: kan de zon ons misschien helpen dit probleem op te lossen?
Lichtere deeltjes
De donkere-materie-theorie die al jaren qua populariteit met kop en schouders boven de rest uit steekt, stelt dat donkere materie bestaat uit de zogenoemde WIMPs. Dit zouden dan vrij zware deeltjes zijn, die honderden keren zoveel wegen als de protonen en neutronen waar atoomkernen uit zijn opgebouwd. Een tijdlang leek men te denken: een kwestie van tijd voordat een van de vele donkere-materie-experimenten aantoont dat deze deeltjes echt bestaan.
Na jaren proberen is dat laatste echter nog steeds niet gelukt. Eind oktober werd de meest recente teleurstelling naar buiten gebracht: het team achter het experiment XENON1T, dat specifiek op WIMPs jaagt, had vooralsnog niets gevonden. Ook het Chinese donkere-materie-experiment PandaX had bot gevangen, zo werd diezelfde dag bekend.
Misschien moeten we dan toch niet al te zeer erop vertrouwen dat zware WIMPs de oplossing vormen van het donkere-materie-vraagstuk, denken steeds meer natuur- en sterrenkundigen. Andere mogelijkheden treden daardoor steeds meer op de voorgrond. Zoals de mogelijkheid dat donkere materie bestaat uit veel lichtere deeltjes.
Harde duw
Experimenten die donkere materie moeten vinden, bevatten doorgaans een tank met een bepaalde stof. (In het geval van het genoemde experiment XENON1T is dat bijvoorbeeld, heel toepasselijk, het edelgas xenon.) Het idee is dan dat er af en toe een passerend donkere-materie-deeltje botst op een atoomkern in het experiment, wat een meetbaar signaal oplevert.
Het probleem bij het vinden van lichte donkere materie is echter dat dit soort experimenten deeltjes onder een bepaalde massa simpelweg niet zien; die geven de atoomkernen in de detector geen voldoende grote optater. Als zo’n te licht deeltje echter onverwacht snel beweegt, kan het wel de vereiste dreun aan zo’n atoomkern uitdelen. Helaas mogen we er niet op hopen zulke snelle donkere-materie-deeltjes waar te nemen. Hun snelheid zou dan namelijk groter zijn dan de ontsnappingssnelheid van de Melkweg, waardoor ze lang geleden uit ons sterrenstelsel zouden zijn vertrokken.
Dan hebben we echter buiten de zon gerekend, stelt een team van wetenschappers verbonden aan de Universiteit van Zuid-Denemarken nu. Donkere-materie-deeltjes die per toeval in de zon belanden, zullen daar namelijk botsen met de aanwezige, wild in het rond bewegende atoomkernen. Sommige donkere-materie-deeltjes krijgen daarbij een zó harde duw van zo’n atoomkern, dat ze met een enorme snelheid de zon weer uit schieten, berekenden de Denen. Een klein deel van die deeltjes zal vervolgens door een aardse detector schieten en daar mogelijk een meetbaar signaal veroorzaken.
Goed nieuws
Een goed idee krijg je nooit alleen, zo bleek maar weer eens. Want terwijl de Denen druk bezig waren met de afronding van hun onderzoek, publiceerde een team van Amerikaanse, Canadese en Oostenrijkse wetenschappers een variant erop. Daarin gaat het om nóg veel lichtere donkere-materie-deeltjes, die minder dan een duizendste wegen van een proton.
Dit tweede team keek dan ook niet naar botsingen tussen donkere-materie-deeltjes en de atoomkernen, maar tussen donkere-materie-deeltjes en de veel lichtere elektronen, die ook in de zon rondvliegen. Hun conclusie was vergelijkbaar: verschillende aangekondigde experimenten zouden zomaar door de zon versnelde donkere-materie-deeltjes kunnen zien.
Op zich is dat goed nieuws. Als we dan nieuwe zoekstrategieën voor donkere materie moeten gaan proberen, is het mooi meegenomen als die strategieën zijn uit te voeren met experimenten die we toch al aan het bouwen waren. Met dank aan de zon, die niet alleen fungeert als de energiebron waar in feite de hele aarde op draait, maar in het bovenstaande scenario ook nog eens dubbelt als gratis deeltjesversneller.
Bronnen: ArXiv.org (1), ArXiv.org (2), Nature News, New Scientist
Lees ook:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!