Amerikaanse onderzoekers komen met een nieuwe manier om de deeltjes te detecteren waar de mysterieuze donkere materie uit bestaat.

Het is al decennialang een openstaande vraag binnen de natuur- en sterrenkunde: wat is donkere materie? Zo’n 85 procent van het heelal lijkt te bestaan uit spul dat met zijn zwaartekracht zijn omgeving beïnvloedt, maar dat we tot nog toe niet hebben kunnen waarnemen. Natuurkundige Gadi Afek van de Yale-universiteit en twee collega’s stellen nu een nieuwe strategie voor: gebruik minuscule bolletjes om deze deeltjes te betrappen.

Vergeefse zoektocht

Bij veel van de huidige donkerematerie-experimenten draait het om het in de gaten houden van grote hoeveelheden atoomkernen. Botst namelijk tegen een zo’n atoomkern een passerend donkeremateriedeeltje, dan levert dat een meetbaar signaal op. Zo’n signaal hebben we echter tot nu toe niet waargenomen. 

De voor de hand liggende oplossing is dan: nog meer atoomkernen in de gaten houden. Zo gingen de XENON-experimenten in het Italiaanse Gran Sasso-lab in stappen van 15 kilogram vloeibaar xenon naar zo’n 8 ton van dit goedje. Tot nu toe tevergeefs: de ontdekking van het nieuwe deeltje waar donkere materie uit bestaat, laat nog steeds op zich wachten.

Zwevende bolletjes

Afek en zijn team gooien het nu over een andere boeg. Zij stellen voor aan de slag te gaan met minuscule bolletjes van siliciumoxide. Laat die in de lucht zweven met behulp van een laser, en houd ze in de gaten met een tweede laser. Tikt er vervolgens een donkeremateriedeeltje tegen zo’n bolletje, dan zal het meetbaar van zijn plek bewegen.

Stel nu dat je een enkel bolletje van 200 nanometer – het formaat van een mazelenvirus – een maandlang in de gaten houdt. Dan zou je volgens de onderzoekers al lichtere donkeremateriedeeltjes kunnen detecteren dan met huidige experimenten mogelijk is.

Nog veel gevoeliger wordt het experiment het als je gaat werken met een verzameling van honderd van zulke bolletjes, of zelfs tienduizend. Daarnaast kun je ze langer in de gaten houden, bijvoorbeeld een jaar in plaats van een maand. En wil je nog lichtere donkeremateriedeeltjes vinden, dan kun je met nog kleinere bolletjes aan de slag gaan.

‘Echt een heel leuk idee’

“Het lijkt me een heel interessante en nieuwe manier om naar donkere materie te kijken”, zegt Steven Hoekstra, natuurkundige aan de Rijksuniversiteit Groningen. Ook Auke-Pieter Colijn, natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam, Nikhef en de Universiteit Utrecht, is enthousiast. “Echt een heel leuk idee, dat met name goed werkt voor donkeremateriedeeltjes met een lage massa.”

Het is overigens niet voor het eerst dat dit soort bolletjes worden voorgesteld om natuurkundig onderzoek te doen. Zelf publiceerde Hoekstra bijvoorbeeld eerder over het meten van zwaartekrachtgolven met zulke deeltjes.

Wel is het nogal een stap om van één bolletje naar een grote hoeveelheid van bijvoorbeeld tienduizend stuks te gaan, zegt Hoekstra. “Dat is bij mijn weten nog niemand gelukt. Maar het is vast niet onmogelijk. En als ze inderdaad dit soort stappen weten te zetten, kan dat ook ander onderzoek met dit soort bolletjes weer verder helpen.”