Bijna een eeuw lang, astronomen hebben de hypothese geopperd dat het universum meer materie bevat dan wat met het menselijk oog kan worden waargenomen. Er wordt nu aangenomen dat ongeveer 80 procent van de massa van het universum bestaat uit een soort materie die geen licht of energie uitstraalt en dat wetenschappers nog steeds niet in staat zijn om rechtstreeks waar te nemen, donkere materie genoemd.

Hoewel er nu talloze studies en theorieën zijn over donkere materie, er is nog steeds geen direct experimenteel bewijs dat het bestaan ​​ervan ondersteunt. Verschillende natuurkundigen hebben geprobeerd methoden te bedenken om donkere materie in het universum te detecteren, maar al deze zijn tot nu toe niet succesvol geweest.

In de laatste paar decennia, onderzoekers beginnen zich af te vragen hoe donkere materie mogelijk kan worden gedetecteerd, vooral gezien het feit dat het bestaat uit deeltjes die veel lichter zijn dan protonen. Een model dat veel aandacht heeft gekregen, is een model dat donkere materie beschouwt als een deeltje dat onder normaal elektromagnetisme een zeer kleine lading heeft.

Geïnspireerd door dit model, onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië hebben onlangs een nieuwe strategie bedacht waarmee donkere materie van lichte deeltjes direct kan worden gedetecteerd die langeafstandsinteracties heeft met gewone materie. De strategie die ze bedachten, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , omvat het vervormen van de lokale stroom van donkere materie met in de tijd variërende velden en het meten van deze vervormingen met behulp van afgeschermde resonantiedetectoren.

"Tot dusver, de meeste ideeën over hoe donkere-materiedeeltjes kunnen worden gedetecteerd, zijn gebaseerd op pogingen om kleine energiedeposities van verstrooiing van donkere materie te detecteren in een zeer gevoelige detector, " Asher Berlijn, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Mijn medewerkers en ik realiseerden me onlangs dat er een alternatief detectiemechanisme bestaat:in plaats van te wachten tot donkere materie via verstrooiing een kleine hoeveelheid energie in een detector deponeert, het is mogelijk om de banen van individuele donkere materiedeeltjes direct te manipuleren, het opzetten van storingen die vervolgens kunnen worden gemeten met zeer gevoelige resonantiedetectoren, vergelijkbaar met alledaagse radio's."

In tegenstelling tot de meeste strategieën voor het detecteren van donkere materie die in eerdere onderzoeken zijn geïntroduceerd, de nieuwe strategie voorgesteld door Berlin en zijn collega's maakt gebruik van het "collectieve" effect dat veel individuele donkere materiedeeltjes zouden kunnen produceren, in plaats van het effect afgeleid van een enkel donkere materiedeeltje. Als resultaat, hun detectiemethode profiteert van de kleine massa/impuls van lichte donkere materie, vooral in vergelijking met technieken die de verstrooiing van donkere materie binnen een detector proberen te meten, wat doorgaans een veel grotere uitdaging is als de donkere materiedeeltjes erg licht zijn.

"We hebben een potentieel veelbelovend alternatief geïdentificeerd voor het detecteren van sub-MeV deeltjesachtige donkere materie zonder afhankelijk te zijn van energiedepositie door verstrooiing, Berlin legde uit. "Op dit punt, elk nieuw idee, inclusief de onze, kan de mogelijkheid openen om met succes donkere materiedeeltjes te ontdekken."

In hun krant Berlin en zijn collega's hebben hun nieuw ontworpen detectieschema theoretisch toegepast op sub-MeV donkere materiedeeltjes met zeer kleine elektrische ladingen of die zijn gekoppeld aan een lichtvectormediator. Hun analyses suggereren dat hun benadering donkere materiemassa's kan onderzoeken die variëren tussen 10 MeV en minder dan één meV, dus potentieel verder gaan dan wat eerdere theorieën en detectie-inspanningen hebben bereikt.

Hoewel de door de onderzoekers bedachte strategie veelbelovend lijkt, het is nog steeds louter theoretisch. In de komende jaren, echter, hun werk zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe instrumenten voor het detecteren van donkere materiedeeltjes, wat uiteindelijk zou helpen om de validiteit en mogelijke beperkingen van hun aanpak te bepalen.

"In de toekomst, we zijn van plan om samen te werken met experimentatoren die geïnteresseerd zijn in het daadwerkelijk bouwen van zo'n detector, Berlin zei. "We zijn ook van plan om verwante detectie-ideeën te onderzoeken voor andere mogelijke donkere materiedeeltjes die verschillende soorten interacties hebben met normale materie."

© 2020 Wetenschap X Netwerk