Wetenschappers van de Universiteit van Houston helpen een technologie te ontwikkelen die de sleutel zou kunnen zijn tot het ontrafelen van een van de grote mysteries van de wetenschap:wat is donkere materie? Wetenschappers geloven dat donkere materie 85 procent van de materie in het universum uitmaakt, maar niemand weet eigenlijk wat donkere materie is.

"Als wij het experiment zijn dat donkere materie vindt, we kunnen het fundamentele begrip van het universum zoals we het kennen veranderen, " zei UH-assistent-professor Andrew Renshaw. "We kunnen de fundamentele eigenschappen van het universum echt gaan begrijpen - hoe we van de oerknal zijn gekomen tot waar we zijn, en wat de toekomst brengt."

Renshaw en professor Ed Hungerford leiden een team natuurkundigen van het College of Natural Sciences and Mathematics in het DarkSide-programma, een internationale onderzoekssamenwerking om donkere materie te detecteren in de vorm van zwak interagerende massieve deeltjes (WIMP's). In principe, wanneer WIMP-deeltjes botsen met gewone kernen, ontzettend klein, laagenergetische nucleaire terugslag zou resulteren. In zeer eenvoudige bewoordingen, de wetenschappers proberen technologie te bouwen die WIMPS kan detecteren door dit zeer kleine, maar waarneembare terugslag.

Het UH-team gebruikt de eerste natuurkundige detector van het DarkSide-programma, DarkSide-50 (DS-50), bevindt zich ondergronds in het Gran Sasso National Laboratory in Midden-Italië. Het team en hun medewerkers hebben de afgelopen jaren de gevoeligheid van de DS-50-detector verbeterd door over te schakelen van atmosferisch argon naar vloeibaar argon met een lage radioactiviteit. die werd gewonnen uit ondergrondse gasbronnen in Colorado. Maar een detector van de volgende generatie in ontwikkeling gaat nog verder.

DarkSide-20k (DS-20k) wordt momenteel gebouwd met vergelijkbare componenten uit het huidige DarkSide-experiment. Terwijl de DS-50 ongeveer 50 kilogram laagradioactief vloeibaar argon bevat, deze nieuwe detector, DS-20k, nieuwe uitleestechnologie zal gebruiken en zo'n 400 keer groter zal zijn, bezit 3, 800 liter (20, 000 kilogram) vloeibare argon. Het nieuwe experiment zal naar verwachting in 2021 beginnen met het verzamelen van gegevens in het Gran Sasso National Laboratory.

Deze detector, zei Hungerford, zal de zoektocht naar WIMP donkere materie naar nieuwe niveaus van gevoeligheid brengen, hopelijk het ongrijpbare WIMP vinden. Of, hij zei, het zou kunnen aantonen dat donkere materie geen deeltje is, aangezien deze technologie nu in staat is gebleken te zoeken naar andere soorten donkere materie dan WIMP's.

"Eerder, als je naar een specifiek soort donkere materie wilt zoeken, je moest echt op zoek naar een bepaald soort detector. Nu met deze vloeibare argontechnologie, het opent echt de deur naar het gebruik van één enkele technologie om te zoeken naar een handvol verschillende soorten donkere materie, " voegde Renshaw eraan toe, die onlangs DarkSide-bevindingen presenteerde op de UCLA Dark Matter Conference.

Terwijl Hungerford en Renshaw hun onderzoek voortzetten in Houston, drie andere leden van het UH-team bemannen de dagelijkse operaties in Italië. Onderzoeksmedewerker Nicola Canci beheert de DS-50-detector en bewaakt de prestaties.

"Het cryogene systeem dat het argon in vloeibare fase houdt, moet worden gecontroleerd, en er zijn enkele bewerkingen nodig om de goede prestaties van de detector mogelijk te maken. Elektronica wordt gecontroleerd. Signalen afkomstig van de detector worden verbeterd, indien nodig, en de kwaliteit van de gegevens wordt routinematig gecontroleerd, ' zei Canci.