Astrofysisch bewijs suggereert dat het universum een ​​grote hoeveelheid niet-lichtgevende donkere materie bevat, maar ondanks de gezamenlijke inspanningen van veel experimentele groepen is er geen duidelijk signaal waargenomen. Een uitzondering is de langbesproken claim door de DAMA-groep van een jaarlijkse modulatie van de gebeurtenissen die in hun detector worden waargenomen met behulp van natriumjodide-doelmateriaal, zoals kan worden verwacht van zwak interagerende massale deeltjes (WIMP) donkere materie-interacties. Het nieuwe COSINE-100-experiment, een ondergrondse donkere-materiedetector in het Yangyang Underground Laboratory (Y2L) in Korea begint deze claim te onderzoeken met hetzelfde medium en heeft nu de eerste resultaten die de interpretaties van DAMA die al bijna twee decennia bestaan, aanzienlijk in twijfel trekken. Y2L wordt beheerd door het Center for Underground Physics (CUP) van het Institute for Basic Science (IBS) in Korea.

De puzzel van DAMA's signaal, en de inconsistenties met resultaten van andere experimenten, hebben geleid tot honderden publicaties. Als resultaat zijn veel nieuwe modellen voorgesteld om donkere materie te verklaren en de controverse blijft van groot wetenschappelijk en openbaar belang.

Een kritiek punt is dat COSINE-100 de geclaimde detectie van donkere materie van DAMA onderzoekt met hetzelfde doelmateriaal als DAMA en de eerste is die op deze manier significante resultaten vrijgeeft. In een paper gepubliceerd in nummer 7734 van het tijdschrift Natuur , de samenwerking beschrijft de resultaten van de eerste fase van het werk, een zoektocht naar het signaal van donkere materie door te zoeken naar een overdaad aan gebeurtenissen boven de verwachte achtergrond. Deze studie geeft aan dat dergelijke gebeurtenissen niet aanwezig zijn in de gegevens, wat bevestigt dat het jaarlijkse modulatiesignaal van DAMA in ernstige spanning staat met de resultaten van andere experimenten onder de aanname van het meest traditionele zogenaamde standaard halomodel voor donkere materie in onze melkweg, zoals weergegeven in figuur 1.

"Het resultaat van deze zoektocht is belangrijk omdat, Voor de eerste keer, we hebben aanzienlijke natriumjodide-kristaldetectoren met voldoende gevoeligheid om naar het DAMA-signaalgebied te kijken. Het is al 20 jaar dat de potentieel significante claim niet onafhankelijk is gereproduceerd met dezelfde kristallen, " zei COSINE-100 medewoordvoerder en de adjunct-directeur bij CUP, Hyun Su Lee. "De eerste resultaten bepalen zelfs een behoorlijk deel van het mogelijke zoekgebied voor donkere materie dat wordt getekend door het DAMA-signaal. Met andere woorden, er is weinig ruimte over voor deze claim om te worden afgeleid van de interactie met donkere materie, tenzij het donkere materiemodel aanzienlijk wordt gewijzigd."

De COSINE-100-samenwerking bestaat uit 50 wetenschappers uit Korea, de Verenigde Staten (met medewoordvoerder professor Reina Maruyama aan de Yale University), het Verenigd Koninkrijk, Brazilië, en Indonesië. COSINE-100 begon met het verzamelen van gegevens in 2016. Het experiment maakt gebruik van acht met thallium gedoteerde natriumjodidekristallen met een lage achtergrond, gerangschikt in een array van 4 bij 2. wat een totale doelmassa van 106 kg oplevert. Elk kristal is gekoppeld aan twee fotosensoren om de hoeveelheid energie te meten die in het kristal is afgezet. De natriumjodidekristallen zijn ondergedompeld in 2, 200 L lichtgevende vloeistof, wat de identificatie en daaropvolgende vermindering van radioactieve achtergronden die door de kristallen worden waargenomen, mogelijk maakt. De vloeistofscintillator is omgeven door koper, leiding, en plastic scintillator om de achtergrondbijdrage van externe straling te verminderen, evenals muonen van kosmische straling. Het detectorschema wordt getoond in Fig. 2.

"Tot dusver, we hebben de donkere-materiedeeltjes in deze zoektocht nog niet ontdekt, maar we zijn dichter bij het testen van de oorsprong van het DAMA-signaal gekomen om te bepalen of dit afkomstig is van interacties met donkere materie of een onbekend systematisch effect, " zei Chang Hyon Ha, onderzoeker bij CUP.

Ondanks het sterke bewijs voor het bestaan ​​ervan, de identiteit van donkere materie blijft een mysterie. Er zijn meerdere jaren aan gegevens nodig om de jaarlijkse modulatieresultaten van DAMA volledig te bevestigen of te weerleggen. Verbeterd theoretisch begrip en meer gegevens van de verbeterde COSINE-detector (COSINE-200) zullen het mysterie van het signaal helpen begrijpen. Om dit doel te helpen bereiken, CUP bouwt momenteel een nieuwe experimentele site op een diepere en ruimere locatie, genaamd Yemi Laboratory in Jeongseon County. COSINE-100 verzamelt momenteel gegevens met een continue verbetering van het begrip van de detector. Yeongduk Kim, Hyun Su Lee, Reina Maruyama, en Neil Spooner bedacht het COSINE-100-experiment.