De flits van een gloeiend kristal kan ons helpen om lichtere WIMP's te vinden - en zware vragen over ons universum te beantwoorden.

Ook bekend als zwak interagerende massieve deeltjes, WIMPS zijn een theoretisch deeltje van donkere materie - het mysterieuze spul dat 85% van de massa van ons universum uitmaakt.

We weten dat er donkere materie is, we hebben het alleen nooit direct ontdekt.

"Donkere materie is een van de grootste mysteries in de natuurkunde, " zegt Stephen Derenzo, onderzoeker bij het Berkeley Lab van het Amerikaanse Department of Energy. "Het bestaan ​​ervan is bevestigd door vele astronomische waarnemingen door zijn zwaartekracht op sterren, sterrenstelsels en lichtstralen."

Maar wat we nu willen is fysiek bewijs dat donkere materie bestaat. Daarom zoeken we naar WIMP's.

Maar wat als we naar het verkeerde zoeken?

De naam WIMP impliceert "enorme" grootte, maar we hebben het echt over subatomaire deeltjes. specifiek, iets zwaarder dan een proton.

We zoeken al een tijdje naar WIMP's boven de protonmassa, met behulp van een "groot aantal enorme experimenten ... maar er zijn geen signalen bevestigd, " zegt Stefanus.

Dus wat als WIMP's helemaal niet zo groot zijn? "Er is niets bekend over hun massa, en ze kunnen veel lichter zijn, ' zegt Stefan.

Als we naar lichtere WIMP's willen zoeken, we hebben een manier nodig om veel kleinere signalen te detecteren. We hebben een detector nodig die kan reageren op energieën die duizenden keren lager zijn dan we hadden verwacht.

Dat is waar GaAs binnenkomt.

Galliumarsenide te hulp

Met het oog op het creëren van een gevoeligere WIMP-detector, Stephen heeft een kristal bestudeerd dat galliumarsenide (GaAs) wordt genoemd.

GaAs-kristallen gloeien als er deeltjes op botsen, en ze gloeien helderder als je atomen van silicium en boor in de kristallen opneemt. Als het op deze manier wordt gewijzigd, GaAs-kristallen zenden een detecteerbare gloed uit, zelfs als ze worden gestoten met subatomaire deeltjes met lage energie.

Nog beter, er is geen nagloed.

En de klinker? Grote en extreem zuivere GaAs-kristallen zijn in de handel verkrijgbaar.

Je donkere materie-kippen tellen

"Het is moeilijk om een ​​beter materiaal voor te stellen voor het zoeken [naar donkere materiedeeltjes] in dit specifieke massabereik, " zegt Stefanus.

Natuurlijk, een nieuw detectormateriaal vereist een nieuwe detector. Stephen zou graag zien dat verschillende nieuwe WIMP-detectoren worden ontwikkeld, waaronder een die GaAs gebruikt om te zoeken naar tekenen van lichtere donkere materie.

Hij hoopt dat zo'n detector het eerste fysieke bewijs van donkere materie kan vinden, maar hij telt zijn kippen nog niet.

"Het is een voorrecht om aan zo'n belangrijk probleem in de natuurkunde te werken, maar de viering zal moeten wachten tot duidelijke signalen worden gezien, ' zegt Stefan.

"Het is mogelijk dat donkere materiedeeltjes zelfs lichter zijn dan wat we kunnen zien met GaAs, en hun ontdekking zal moeten wachten op nog gevoeligere experimenten."

Dit artikel verscheen voor het eerst op Particle, een wetenschappelijke nieuwswebsite gebaseerd op Scitech, Perth, Australië. Lees het originele artikel.