Waarom zoeken wetenschappers naar donkere materie 2000 meter onder de grond?
Hoewel we het niet kunnen zien of detecteren met conventionele instrumenten, maakt donkere materie ongeveer 27% uit van de totale energiedichtheid van het waarneembare heelal. Maar hoe kunnen we bewijzen dat het bestaat, laat staan begrijpen hoe het eruit ziet of hoe het werkt? Onlangs hebben wetenschappers zich misschien gerealiseerd dat ze om donkere materie te vinden, ernaar moeten zoeken... diep in de aarde. Laten we eens kijken hoe dit mogelijk is.
De zoektocht naar donkere materie in de diepten van de aarde
Unsplash
Volgens sommige natuurkundigen kunnen we donkere materie niet detecteren omdat deze bestaat uit deeltjes die zwak interageren met gewone materie. Om deze reden worden ze WIMP’s of Weak Interacting Massive Particles genoemd. Hoe kun je ze vinden? Als ze zwak interageren met gewone materie, en alles om ons heen gewone materie is, is dat dan niet te complex? Technisch gezien ja, en nee.
Het Lawrence Berkeley National Lab in Californië is een experiment gestart met de naam LUX-ZEPLIN in de Sanford Underground Research Facility in Colorado. Het is de grootste detector voor donkere materie ooit gebouwd en werd op een diepte van 1500 meter in de aardkorst geplaatst.
Het doel is om de interferentie van achtergrondstraling te beperken en zo de interacties van gewone materie met donkere materie te kunnen detecteren. In de LUX-ZEPLIN, gebouwd met een materiaal dat zeer weinig straling afgeeft, bevindt zich 10 ton vloeibaar xenon.
Als donkere materiedeeltjes botsen met xenonatomen, produceren ze een lichtflits en komen er elektronen vrij.
Wat heeft het LUX-ZEPLIN-experiment tot nu toe gevonden?
Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO - CC BY 4.0 DEED
Zoals je je kunt voorstellen, hebben WIMP-deeltjes geen interactie met materie op een gemakkelijk waarneembare manier, zelfs niet met het LUX-ZEPLIN-experiment. Volgens de wetenschappers moet het experiment zo dicht mogelijk in de buurt komen van het nabootsen van de omstandigheden waaronder de zwakke interacties tussen gewone materie en donkere materie kunnen worden gedetecteerd, althans wat hun effecten betreft. En zo eenvoudig is het niet.
Tot nu toe heeft de LUX-ZEPLIN feitelijk niet gevonden wat hij zocht. Zoals verwacht waren de interacties zeer zeldzaam en was er bij geen enkele sprake van donkere materie. Elk negatief resultaat is echter een stap voorwaarts in het wetenschappelijk onderzoek, omdat het om heel kleine metingen gaat die met heel gevoelige instrumenten worden gedaan: het niet kunnen vinden van donkere materie betekent ook dat er nog gevoeligere instrumenten moeten worden gebouwd die nog kleinere metingen kunnen doen.
Ook China wil donkere materie vinden
NASA, ESA and R. Massey (California Institute of Technology)
De LUX-ZEPLIN was jarenlang de enige detector voor donkere materie die zich in de diepten van de aarde bevond: vandaag is dit niet langer het geval. In China is onlangs het CJPL, of Chinese Jinpin Underground Laboratory, operationeel geworden, dat zichzelf hetzelfde doel heeft gesteld als zijn Amerikaanse tegenhanger. Gelegen op een diepte van 2.400 meter en voorzien van een xenon-detector van vier ton, wil het laboratorium de eerste zijn die de interacties van donkere materie met gewone materie kan detecteren.
Dit is een van de meest interessante en fascinerende onderzoeken van de afgelopen decennia, maar het pad gaat voor iedereen bergopwaarts. Aan de andere kant is het niet gemakkelijk om een antwoord te vinden op de vraag hoe het heelal eruit ziet, en bovendien met de instrumenten die we tot nu toe hebben. Het zou hetzelfde zijn als proberen antwoord te geven op de vraag "wat zie je?" maar je ogen gesloten houden.
