Nieuw onderzoek van Chalmers, samen met ETH Zürich, Zwitserland, suggereert een veelbelovende manier om ongrijpbare donkere-materiedeeltjes te detecteren door voorheen onontgonnen atomaire reacties die in het detectormateriaal voorkomen.

De nieuwe berekeningen stellen theoretici in staat om gedetailleerde voorspellingen te doen over de aard en sterkte van interacties tussen donkere materie en elektronen, die voorheen niet mogelijk waren.

"Ons nieuwe onderzoek naar deze atomaire reacties onthult materiële eigenschappen die tot nu toe verborgen bleven. Ze konden niet worden onderzocht met behulp van de deeltjes die vandaag beschikbaar zijn - alleen donkere materie zou ze kunnen onthullen, " zegt Riccardo Catena, Universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde in Chalmers.

Voor elke ster, melkweg of stofwolk zichtbaar in de ruimte, er bestaat vijf keer meer materiaal dat onzichtbaar is:donkere materie. Het ontdekken van manieren om deze onbekende deeltjes, die zo'n belangrijk onderdeel van de Melkweg vormen, te detecteren, is daarom een ​​topprioriteit in de astrodeeltjesfysica. In de wereldwijde zoektocht naar donkere materie, grote detectoren zijn diep onder de grond gebouwd om te proberen de deeltjes te vangen terwijl ze van atoomkernen afkaatsen.

Tot dusver, deze mysterieuze deeltjes zijn aan detectie ontsnapt. Volgens de Chalmers-onderzoekers een mogelijke verklaring zou kunnen zijn dat donkere materiedeeltjes lichter zijn dan protonen, en daardoor niet ervoor zorgen dat de kernen terugdeinzen - stel je een pingpongbal voor die tegen een bowlingbal botst. Een veelbelovende manier om dit probleem op te lossen zou daarom kunnen zijn om de focus te verschuiven van kernen naar elektronen, die veel lichter zijn.

In hun recente krant de onderzoekers beschrijven hoe donkere materiedeeltjes kunnen interageren met de elektronen in atomen. Ze suggereren dat de snelheid waarmee donkere materie elektronen uit atomen kan schoppen, afhangt van vier onafhankelijke atomaire reacties - waarvan er drie voorheen niet geïdentificeerd waren. Ze hebben berekend hoe elektronen in argon- en xenonatomen, gebruikt in de grootste detectoren van vandaag, moet reageren op donkere materie.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Research en zijn uitgevoerd binnen een nieuwe samenwerking met fysicus Nicola Spaldin en haar groep bij ETH. Hun voorspellingen kunnen nu worden getest in observatoria voor donkere materie over de hele wereld.

"We hebben geprobeerd zoveel mogelijk toegangsbarrières weg te nemen. Het artikel is gepubliceerd in een volledig open access-tijdschrift en de wetenschappelijke code om de nieuwe atomaire responsfuncties te berekenen is open source, voor iedereen die een kijkje wil nemen 'onder de motorkap' van onze krant, " zegt Timon Emken, een postdoctoraal onderzoeker in de donkere materie groep bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers.