Onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Denemarken hebben simulaties uitgevoerd van donkere materiedeeltjes die de aarde raken. Natuurkundigen geloven dat de aarde in botsing komt met ontelbare donkere materiedeeltjes terwijl ze door de ruimte raast. Hoewel niemand deze mysterieuze deeltjes ooit heeft gezien, er is geen twijfel onder natuurkundigen over hun bestaan. Onderzoekers hebben over de hele wereld detectoren geïnstalleerd in de hoop ze te detecteren.

Donkere materiedeeltjes kunnen alle andere vormen van materie binnendringen, wat betekent dat ze misschien zelfs door de aarde kunnen reizen zonder enige energie te verliezen. Anderzijds, hun impact met gewone kan hen enigszins belemmeren, waardoor er energie verloren gaat.

"We weten het gewoon niet, en dat maakt het zoeken er zeker niet makkelijker op, " zei Timon Emken, een doctoraat student aan het Centrum voor Kosmologie en Deeltjesfysica Fenomenologie (CP3) aan de Universiteit van Zuid-Denemarken. Om meer te weten te komen over hoe donkere materiedeeltjes reageren met normale materie, Emken riep de hulp in van een supercomputer. Het resultaat was een programma dat de botsing van donkere materiedeeltjes met de aarde kan simuleren.

"Nutsvoorzieningen, Ik kan de computer vragen om me op het scherm te laten zien wat er gebeurt als een donkeremateriedeeltje de aarde raakt. Bijvoorbeeld, Ik kan op het scherm zien welke baan het deeltje zou volgen vanaf het moment dat het het oppervlak van onze planeet raakt totdat het weer vertrekt, " hij legde uit.

De simulatie heet DaMaSCUS, en het geeft natuurkundigen over de hele wereld een nieuwe kans om verschillende theorieën uit te testen. Het programma is vrij beschikbaar, en het werk dat erin ging is gepubliceerd in het tijdschrift JCAP .

In het standaardparadigma donkere materiedeeltjes dwars door de aarde met een zeer lage kans op interactie met atomen waaruit de planeet bestaat. Echter, ondergrondse detectoren zijn afgestemd om precies dat te doen, d.w.z., om zeldzame gebeurtenissen van botsingen van donkere materiedeeltjes met een atoom in een detector vast te leggen.

"Maar wat als donkere materiedeeltjes niet het standaardparadigma volgen? Wat als ze daadwerkelijk sterk genoeg interageren met gewone atomen, Dat, terwijl ze het aardoppervlak oversteken en ondergronds reizen, ze genoeg energie verliezen om ondetecteerbaar te worden? In dat geval, we zullen ze nooit spotten met standaardtechnieken, " zei universitair hoofddocent Chris Kouvaris van CP3.

Een van de dingen die hij momenteel onderzoekt, is de mogelijkheid dat donkere materiedeeltjes aanzienlijk verstrooien als ze de aarde doorkruisen. Kouvaris en Emken gebruikten DaMaSCUS om te demonstreren hoe een dergelijk scenario zou uitpakken. DaMaSCUS simuleert miljarden donkere materiedeeltjes die de aarde binnendringen en aanzienlijk verstrooien met ondergrondse atomen, zigzaggend na elke botsing.

"Als dit de zaak is, ondergrondse verstrooiing van donkere materiedeeltjes met atomen zou ervoor kunnen zorgen dat de donkere materiedeeltjes genoeg energie verliezen om detecteerbaar te zijn in de ondergrondse detectoren die we vandaag inzetten."

Het voorstel van Kouvaris is daarom om op een andere manier naar de ongrijpbare deeltjes te zoeken. Vandaag, er zijn een aantal detectoren ongeveer twee kilometer onder het aardoppervlak. Als donkere materie zwak interageert met gewone materie zoals neutrino's, alleen deze twee deeltjes kunnen kilometers van de aardkorst doordringen zonder te worden gestopt. Dus, detectoren voor diepe locaties ontwijken besmetting van het signaal door ongewenste kosmische en terrestrische straling en achtergrondruis.

Echter, volgens Chris Kouvaris, als donkere materie licht is, het zou zelfs sterk kunnen interageren met gewone atomen, energie verliezen op weg naar de detector, en dit kan ervoor zorgen dat dieptedetectoren het niet kunnen vangen.

"In dat geval, het zou logischer zijn om naar signalen van donkere materie te zoeken met behulp van detectoren op het aardoppervlak, " hij zei.

Om het probleem van achtergrondgeluid te verhelpen, hij suggereert dat in plaats van te proberen donkere materie te onderscheiden van achtergrondgeluid, onderzoekers moeten zoeken naar een dagelijks variërend signaal in oppervlakte- of lage dieptedetectoren.

Omdat de aarde beweegt ten opzichte van het centrum van de melkweg, donkere materie raakt de aarde voornamelijk vanuit één richting. Echter, door de draaiing van de aarde om haar eigen as, donkeremateriedeeltjes die uit de richting van de donkeremateriewind komen, leggen gedurende 24 uur per dag verschillende afstanden af.

Hoe groter de afstand die ondergronds wordt afgelegd, hoe groter de kans op ondergrondse verstrooiing. Dit is wat zorgt voor de dagelijkse variatie van het signaal. De optimale locatie om dit effect te benutten is op het zuidelijk halfrond op ongeveer 40 graden noorderbreedte, dat wil zeggen in landen als Argentinië, Chili en Nieuw-Zeeland.

Met behulp van DaMaSCUS, Kouvaris en Emken kunnen precies de amplitude en fase van dit dagelijks wisselende signaal bepalen, die zou kunnen leiden tot de ontdekking van donkere materie, als dit scenario waar blijkt te zijn. Kouvaris werkt nu samen met het donkere materie-experiment DAMIC, die een draagbare detector heeft die mogelijk kan worden gebruikt om de theorieën van Kouvaris te testen. In de nieuwe fase van DAMIC, de draagbare detector zal 1 kg wegen. Het is gemaakt van silicium vervaardigd door het Deense bedrijf, TOPSIL.

Men denkt dat 27 procent van het heelal uit donkere materie bestaat. Wetenschappers geloven dat het sterrenstelsels samenbindt. Echter, niemand weet nog echt wat donkere materie is.