De meeste mensen die een salaris ontvangen, kunnen er vrij zeker van zijn dat het onderwerp van hun werk echt bestaat. Natuurkundigen die donkere materie bestuderen, verschillen in dit opzicht van de meeste mensen. Achteloos, getalenteerde jonge wetenschappers blijven hun loopbaan aan het onderwerp wijden. Waarom?

Het is niet zo dat donkere materie ligt te wachten om ontdekt te worden. verre van, donkere materie als fenomeen stevig verankerd is, en we hebben voldoende overtuigend bewijs om te suggereren dat het vijf keer overvloediger is dan zijn heldere tegenhanger.

Liever, het probleem is dat de overweldigende hoeveelheid bewijs voor donkere materie volledig afhangt van zwaartekrachtseffecten. Als blijkt dat de zwaartekracht veel vreemder werkt dan Newton voor ogen had, de effecten die we toeschrijven aan een deeltje van donkere materie, zou een luchtspiegeling kunnen zijn. En we kunnen worden gedwongen om de hele donkere-materiehypothese af te wijzen aan de eregalerij voor verouderde wetenschappelijke theorieën.

Om eindelijk ons ​​paradigma te bevestigen, liefhebbers van donkere materie, zoals ik, moeten een deeltje van donkere materie vangen of creëren, zodat we kunnen bewijzen, voor eens en altijd, dat donkere materie eigenlijk uit materie bestaat.

Alles kan in het donker

Dus, hoe ziet donkere materie er eigenlijk uit? We zullen, dat hangt af van uw voorkeur.

De diversiteit van veronderstelde kandidaten voor donkere materie is werkelijk verbijsterend. Serieuze kanshebbers zijn onder meer deeltjes met stralen zo groot als sterrenstelsels, evenals ultrakleine deeltjes met een straal van één quadriljoen (15 nullen) keer kleiner dan het proton.

Het hoeft helemaal niet uit deeltjes te bestaan, donkere materie kunnen kleine gaatjes zijn in het weefsel van ruimte en tijd die oerzwarte gaten worden genoemd.

Elk experiment dat op zoek is naar donkere materie, moet daarom eerst een hypothese kiezen en deze vervolgens bewijzen of weerleggen.

Echter, de checklist van kandidaten is erg lang, en veel ideeën kunnen niet experimenteel worden getest met de huidige technologie.

De gebruikelijke verdachte is een WIMP

Deeltjesfysica heeft een lange en trotse traditie om hypothetische deeltjes gekke namen te geven. Een bijzonder dwaas voorbeeld is het deeltje dat bekend staat als WIMP, die, ondanks zijn naam, is een van de sterkste kandidaten voor donkere materie.

De raar klinkende naam is eigenlijk een acroniem voor de eigenschappen van het deeltje:Weakly Interacting Massive Particle. Dit betekent dat het deeltje enorm is, zodat het naar andere deeltjes of objecten trekt, maar het heeft slechts een zwakke wisselwerking met onze zichtbare wereld.

In de allereerste fractie van een seconde na de oerknal, ons universum was ooit ongelooflijk heet en dicht. Deze oersoep is waar de vermeende geboorte van de WIMP plaatsvond. Gewapend met kennis van hoe ons heelal uitdijde en afkoelde, we kunnen nauwkeurig het aantal WIMP's berekenen dat onder deze omstandigheden is gevormd.

Opmerkelijk, deze berekening laat ons met een aantal WIMP's die nauw aansluiten bij de waargenomen hoeveelheid donkere materie. Met andere woorden, we postuleren een deeltje met de eigenschappen die we verwachten te vinden in donkere materie, en zonder aanvullende aannames, onze kennis van de geschiedenis van het heelal betekent dat het in de juiste hoeveelheid opduikt. We zullen, dit lijkt te mooi om niet waar te zijn.

Wonderen gebeuren niet, Rechtsaf?

Dit ongelooflijke samenvallen van getallen is wat de aanhangers van de WIMP ijverig 'het WIMP-wonder' noemen. Wonder is misschien een te sterk woord, maar het WIMP-paradigma geeft wel een heel eenvoudige verklaring die alle donkere materie in één keer kan verklaren, en doorstaat dus de test van het scheermes van Occam:theorieën met de minste aannames zijn waarschijnlijk correct.

Maar wat nog beter is dan zijn eenvoud, is dat het testbaar is. De interacties die in de eerste plaats verantwoordelijk zijn voor het maken van de WIMP's, stellen ons in staat om experimenten te bouwen om ze te vinden - de zogenaamde 'directe detectoren'.

Helaas, de detectoren die zijn gebouwd om WIMP's te vinden, hebben niets gevonden. En zo ver, het lijkt erop dat "het WIMP-wonder" ons leidde op een decennialange wilde ganzenjacht.

Natuurkundigen hopen nog steeds de WIMP te ontdekken, maar als het uiteindelijk toch opduikt, het zou er zeker anders uitzien dan we ons hadden voorgesteld.

Anderzijds, als de WIMP nooit opduikt, de directe detectie-experimenten zullen een paar kanshebbers van de checklist hebben geschrapt, zij het tegen hoge kosten. Maar, als een toegevoegde bonus, de zoektocht naar WIMP's heeft de detectortechnologie tot het uiterste gedreven. Sommige van deze vorderingen worden al hergebruikt in andere takken van de natuurkunde, zoals neutrinofysica. Dus zelfs met een negatief resultaat in zijn primaire missie, de moeite om de WIMP te vinden is niet tevergeefs geweest.

Het scheermes van Occam snijdt het niet altijd

Het zichtbare deel van ons heelal bestaat uit een zeer beperkte lijst van ingrediënten:quarks, leptonen (zoals elektronen en neutrino's), en vier krachten waardoor de deeltjes kunnen interageren. Uit deze bescheiden bouwstenen komt alle diversiteit voort - van de sterren aan de hemel, tot leven op aarde - alles kan worden teruggebracht tot gecompliceerde configuraties van deze eenvoudige bestanddelen.

Er is geen fundamentele reden waarom het donkere deel van onze wereld minder divers zou zijn dan het zichtbare. Je kunt je zelfs voorstellen dat donkere materie samensmelt tot donkere sterren, planeten, en leven, die volledig afgezonderd van onze wereld bestaan. Naar hen, wij zijn de donkere materie.

Echter, het ontwerpen van experimenten om naar donkere materie te zoeken is een praktische zaak, en het is moeilijk om naar meer dan één ding tegelijk te zoeken. Daarom, we hebben de neiging om vast te houden aan het scheermes van Occam en proberen de eenvoudigst mogelijke antwoorden op de vraag over donkere materie te vinden.

Helaas, Het scheermes van Occam is geen wiskundige stelling, en het maakt de natuur niet uit hoe "waarschijnlijk" verschillende theorieën volgens natuurkundigen zijn. in waarheid, onze vereenvoudigde modellen van donkere materie kunnen plaatsmaken voor een veel complexere en rommeligere realiteit.

In dit geval, we zullen nooit een grootse ontdekking van donkere materie zien, maar een geleidelijk begrip van kleine stukjes van een enorme puzzel.

We denken nog steeds dat donkere materie bestaat uit deeltjes die aantrekkingskracht hebben, maar het enige dat we zeker weten, is dat het nog vele jaren een onderwerp zal zijn voor natuurkundigen.

Er is absoluut geen garantie dat we een deeltje van donkere materie zullen ontdekken. Maar misschien wel. En dat zou ons begrip van alles kunnen veranderen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan ScienceNordic, de vertrouwde bron voor Engelstalig wetenschappelijk nieuws uit de Scandinavische landen. Lees hier het originele verhaal.