Sinds de jaren zeventig, astronomen en natuurkundigen hebben bewijs verzameld voor de aanwezigheid in het universum van donkere materie:een mysterieuze substantie die zich manifesteert door zijn zwaartekracht. Echter, ondanks veel moeite, geen van de nieuwe deeltjes die zijn voorgesteld om donkere materie te verklaren, is ontdekt. In een recensie die werd gepubliceerd in Natuur deze week, natuurkundigen Gianfranco Bertone (UvA) en Tim Tait (UvA en UC Irvine) stellen dat de tijd is gekomen om de experimentele inspanning te verbreden en te diversifiëren, en om astronomische onderzoeken en waarnemingen van zwaartekrachtgolven op te nemen in de zoektocht naar de aard van donkere materie.

In de afgelopen drie decennia is de zoektocht naar donkere materie heeft zich vooral gericht op een klasse van kandidaat-deeltjes die bekend staat als zwak interagerende massieve deeltjes (of WIMP's). WIMP's leken lange tijd een perfecte kandidaat voor donkere materie, omdat ze in het vroege heelal in de juiste hoeveelheid zouden worden geproduceerd om donkere materie te verklaren, terwijl ze tegelijkertijd enkele van de meest fundamentele problemen in de fysica van elementaire deeltjes zouden kunnen verlichten, zoals de grote discrepantie tussen de energieschaal van zwakke interacties en die van zwaartekrachtinteracties.

Geen steen onberoerd

Hoewel zo'n natuurlijke oplossing klinkt als een heel goed idee, geen van de vele experimentele strategieën die zijn uitgevoerd om naar WIMP's te zoeken, heeft overtuigend bewijs voor hun bestaan ​​gevonden. In hun krant Bertone en Tait stellen dat het daarom tijd is om een ​​nieuw tijdperk in te gaan in de zoektocht naar donkere materie - een tijdperk waarin natuurkundigen de experimentele inspanning verbreden en diversifiëren, vertrekken zoals ze zeggen "geen middel onbeproefd gelaten".

Wat de huidige tijd rijp maakt voor zo'n uitgebreide zoektocht is dat er al verschillende zoekmethodes voor zo'n brede zoektocht bestaan ​​of in de maak zijn. Bertone en Tait in het bijzonder wijzen op astronomische onderzoeken, waar kleine effecten in de vorm van sterrenstelsels, van de halo's van donkere materie om hen heen, en van het door de zwaartekracht gebogen licht dat om hen heen komt, kunnen worden waargenomen om meer te weten te komen over de potentiële aard van donkere materie. In aanvulling, ze noemen de nieuwe methode om zwaartekrachtsgolven waar te nemen, voor het eerst succesvol uitgevoerd in 2016, als een zeer nuttig hulpmiddel om zwarte gaten te bestuderen - hetzij als kandidaten voor donkere materie zelf, of als objecten met een verspreiding van andere kandidaten voor donkere materie om zich heen. De combinatie van deze moderne methoden met traditionele zoektochten in deeltjesversnellers moet de zoektocht naar donkere materie in de nabije toekomst een flinke boost geven.