Wetenschap
Onderzoekers schetsen een nieuwe aanpak bij het zoeken naar donkere materie via een toekomstig DUNE-onderzoeksproject
Een onderzoeker aan de Colorado State University heeft een potentiële aanpak ontwikkeld voor het identificeren en begrijpen van donkere materie met behulp van de binnenkort te bouwen gigantische deeltjesdetectoren van het internationale Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE).
Een nieuw gepubliceerd artikel in Physics Review Letters door assistent-professor Joshua Berger en een partner aan de Universiteit van Texas in Austin beschrijft unieke signalen die kunnen worden geproduceerd als een bepaalde klasse deeltjes interageert met atoomkernen. Concreet zijn ze op zoek naar de grote hoeveelheid energie die – volgens de normen van de deeltjesfysica – vrijkomt wanneer donkere materie een proton raakt en vernietigt.
Die vrijgave van energie zou zichtbaar kunnen zijn met de reeks grootschalige, zeer gevoelige DUNE-detectoren die in 2028 operationeel zullen worden. Als hun aanpak kan helpen deze interacties te identificeren, zouden de bevindingen informatie kunnen verschaffen over de aard van donkere materie – de as- nog onontdekte ontbrekende component in het universum.
Berger zei dat donkere materie een substantie is die het grootste deel van de massa en energie van het universum lijkt te vormen. Hoewel onderzoekers deze materie en de interacties ervan nog niet hebben kunnen zien, weten ze dat het bestaat vanwege de zwaartekracht, die een belangrijke rol lijkt te spelen in de manier waarop sterrenstelsels zich vormen, organiseren en uitbreiden. Berger zei dat hij hoopvol is dat de detectoren bij DUNE bewijs van donkere materie kunnen oppikken op een manier die voorheen niet mogelijk was met zijn theorie.
‘Alles wat we weten over de fysica van het universum wijst erop dat grofweg 85% van de materie donker is. Er weerkaatst echter geen licht op, dus je kunt het niet ‘zien’, en geen van de bekende deeltjes lijkt deze materie te vormen. – niets is voldoende donker’, zei Berger. "We willen weten wat deze donkere materie anders maakt dan de materie waaruit jij, ik en alles wat we in het universum kunnen zien bestaat. We hebben het over het opbouwen van een beter begrip van de fundamentele bouwstenen van het universum." P>
Hoewel Berger geïnteresseerd is in donkere materie, zou het DUNE-experiment moeten helpen bij het beantwoorden van vele andere beslist grote kosmische vragen.
Het project wordt geleid door het Fermilab van het ministerie van Energie en is in de eerste plaats bedoeld om de mysteries van neutrino's te ontrafelen, die overal aanwezig zijn. Wanneer de faciliteit klaar is, zal zij de voortgang volgen van de neutrino's die vanuit Illinois door de aarde worden gestraald naar een ondergrondse detectiefaciliteit in South Dakota, zo'n 1300 kilometer verderop.
Het begrijpen en volgen van de voortgang van deze onschadelijke deeltjes van het ene punt naar het andere door de materie zal onderzoekers helpen de droom van Albert Einstein over de eenwording van krachten te verwezenlijken, te kijken naar neutrino's die uit een exploderende ster komen, of de vorming van sterren of zwarte gaten beter te begrijpen.
De DUNE-samenwerking omvat meer dan 1.400 wetenschappers en ingenieurs van meer dan 200 instellingen in 36 landen. De massaproductie van de componenten is begonnen en het testen van de technologieën die ten grondslag liggen aan beide detectoren is aan de gang.