donkere-materie

Het heelal bestaat voor 24 procent uit donkere materie, maar we hebben het nog nooit gevonden. Op dit moment bevinden er zich observatoria onder het aardoppervlak om donkere materie te vinden, maar dit is wellicht niet nodig. Deense fysici presenteren namelijk een nieuwe manier om donkere materie te detecteren.

De afgelopen jaren zijn er detectoren op een kilometer diepte geplaatst om donkere materie te vinden. De reden hiervoor is dat het aardoppervlak een soort filter is, die kosmische en aardse straling uitfiltert. De donkere materie-deeltjes zouden echter wel door het aardoppervlak kunnen reizen en de detectoren bereiken.

Wat is donkere materie?
Donkere materie is onzichtbare materie. Hoewel donkere materie niet te zien is met onze optische middelen, heeft het wel een bepaalde massa. Zo oefent donkere materie invloed uit op de draaibewegingen van sterrenstelsels. En wij? Wij merken er niets van. Gek hé?

Is de interactie met andere deeltjes wel zwak?
Maar is dat zo? De Deense onderzoekers Chris Kouvaris en Ian Shoemaker vragen het zich af. Om door de aarde heen te reizen, moet een donkere materie-deeltje (oftewel WIMP: Weakly Interacting Massive Particle) een hele zwakke interactie hebben met andere deeltjes. “Maar we weten niet of dit zo is”, vertelt professor Chris Kouvaris van de universiteit van Zuid-Denemarken. “Donkere materie-deeltjes kunnen energie verliezen als ze ondergronds reizen. Wellicht dat ze dus nooit een detector bereiken door interacties met normale atomen.”

Detectoren op het oppervlak
De oplossing? We moeten donkere materie-deeltjes vinden op het aardoppervlak. Het grote voordeel is dat dit veel goedkoper is dan ondergrondse detectoren bouwen. “Dit betekent wel dat er veel meer achtergrondstraling is”, zegt Kouvaris. “Maar omdat donkere materie-deeltjes vanuit alle richtingen komen, varieert de deeltjesflux (de dichtheid van de deeltjesstroom, red.) die de detector bereikt door de rotatie van de aarde. Dit veroorzaakt een signaal dat in 24 uur tijd een maximum en een minimum bereikt. Het signaal zou zichtbaar moeten zijn boven de kosmische straling.”

Waar komt deze detector?
Waar moeten we zo’n donkere materie detector gaan bouwen? “Ergens op het zuidelijk halfrond, veertig graden onder de Evenaar”, zegt Kouvaris. “Bijvoorbeeld in Argentinië, Chili of Nieuw-Zeeland.”

Kritiek
Wat vinden andere wetenschappers van het idee van Kouvaris en Shoemaker? “Het is zeker een interessant plan”, vertelt onderzoeker Are Raklev aan Scientias.nl. “Maar het onderzoek is nog niet zo goed onderbouwd dat het voor een revolutie zorgt in de zoektocht naar donkere materie. Toch hoop ik dat iemand het in ieder geval gaat testen.”

Raklev, die vorig jaar met het idee van gravitino’s kwam, vraagt zich sterk af of de donkere materie-deeltjes die Kouvaris en Shoemaker noemen wel bestaan. Maar als ze bestaan, dan kunnen ze inderdaad door een variatie in de deeltjesflux worden ontdekt. “De auteurs hebben op een juiste manier berekend hoe groot het effect is”, vult Raklev aan. “Overigens varieert de dichtheid van de deeltjesstroom niet alleen per dag, maar ook per jaar.”

Donkere materie-onderzoeker Glenn Starkman is het eens met zijn collega. Starkman publiceerde eerder dit jaar een paper, waarin staat dat donkere materie wellicht niet zo exotisch is. “Ik denk dat het niet erg waarschijnlijk is dat er donkere materie-deeltjes zijn die niet door de aarde kunnen reizen, maar ik geloof wel dat de berekeningen van de auteurs kloppen en we moeten dit idee zeker niet uitsluiten”, zegt hij in een interview met Scientias.nl. “Als deze deeltjes inderdaad bestaan, dan moeten we op andere manieren hiernaar zoeken en daarvoor komen de auteurs met een goed idee.”