Materie omringt ons dag en nacht in al zijn vormen - bomen, huizen, meubilair, en zelfs de lucht die we inademen. Maar, volgens natuurkundigen, de zichtbare materie die ons bekend is, maakt misschien maar ongeveer 20 procent uit van al het materiaal in het universum. Volgens de huidige theorie is maar liefst 80 procent kan donkere materie zijn. Deze bewering is gebaseerd op verschillende observaties, een daarvan is dat sterren en sterrenstelsels veel sneller roteren dan wanneer er alleen 'normale' materie in het heelal aanwezig zou zijn.

Donkere materie kan gemaakt zijn van axions

Overuren, wetenschappers hebben verschillende theorieën ontwikkeld om precies uit te leggen waaruit deze mysterieuze donkere materie kan bestaan. Onder de potentiële kandidaten die in het geding komen zijn zwak interagerende massieve deeltjes of WIMP's. Onderzoekers hebben jarenlang geprobeerd deze op te sporen met deeltjesdetectoren, vooralsnog zonder succes. Een aantal jaar geleden, echter, wetenschappers stelden een alternatief voor:een klasse van deeltjes genaamd axions, die aanzienlijk lichter zijn dan andere deeltjes. Volgens de theorie, het veld van deze deeltjes oscilleert, wat betekent dat het continu varieert. De frequentie van deze trilling is evenredig met de massa van de deeltjes, en, aangezien dit extreem laag is, de frequentie moet ook laag zijn. Maar niemand weet nog of dat het geval is. Het probleem is dat de veldoscillatie waarschijnlijk eenmaal per jaar een volledige cyclus doorloopt als een biljoen keer per seconde.

Detectie van axionen met behulp van kernspinverandering

Onderzoekers van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) hebben nu een manier gevonden om axionen te detecteren met behulp van het programma Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr). "We benutten het potentieel van nucleaire magnetische resonantie, " verklaarde professor Dmitry Budker van het Institute of Physics van JGU en het Helmholtz Institute Mainz. "Dit betekent dat we de spin van kernen in moleculen kunnen identificeren, of, meer specifiek in ons geval, binnen de koolstofisotoop C13 en waterstof." Het uitgangspunt is dat donkere materie de spin van kernen kan beïnvloeden, dus onderzoekers voorzien van een manier om het op te sporen. de spin, echter, kan ook worden beïnvloed door het magnetisch veld van de aarde. De onderzoekers gebruiken geavanceerde afscherming om het magnetische veld te onderdrukken; echter, zelfs de beste afscherming in imperfect. De natuurkundigen moeten daarom beslissen welk deel van de waargenomen spinveranderingen te wijten is aan donkere materie en welk aan het aardmagnetisch veld. Dit bracht het team van wetenschappers ertoe om zijn nieuwe magnetometerconfiguratie te ontwikkelen. Het principe dat aan de techniek ten grondslag ligt, is dat moleculen over het algemeen verschillende soorten atoomkernen bevatten. Omdat de verschillende kernen in verschillende mate op het magnetische veld en donkere materie zullen reageren, het is mogelijk om onderscheid te maken tussen deze invloeden.

Een deel van het mogelijke frequentiebereik is nu onderzocht

Het team van de Universiteit van Mainz heeft nu het frequentiebereik doorgekamd van een paar trillingen per jaar tot 18 trillingen per uur - tot nu toe, zonder bewijs te vinden voor het effect van donkere materie. "Het is net als zoeken naar een verloren ring in een grote tuin, "zei Budker. "We hebben al een deel van de tuin doorzocht, dus we weten nu dat dit is waar de ring - het axion - niet te vinden is. Dit heeft ons in staat gesteld om het bereik waarin we het axion hopen te vinden aanzienlijk te verkleinen, en we kunnen onze zoektocht nu richten op andere assortimenten."