Je kent het oude gezegde: "als je iets wilt verbergen, moet je het dan in het zicht plaatsen?" Welnu, volgens een nieuw voorstel van twee hoogleraren natuurkunde, kan deze logica de reden zijn waarom wetenschappers zo lang hebben gestreden om de mysterieuze massa te vinden waarvan wordt aangenomen dat deze 27% van de materie in het universum omvat.
Kortom, deze twee natuurkundigen zijn van mening dat donkere materie op dezelfde manier kan worden gevonden als de snelste weg naar het werk: door het Global Positioning System te raadplegen.
Andrei Derevianko, van de Universiteit van Nevada, Reno, en Maxim Pospelov, van de Universiteit van Victoria en het Perimeter Instituut voor Theoretische Fysica in Canada, stelde deze methode eerder dit jaar voor op een reeks gerenommeerde wetenschappelijke conferenties, waar het algemeen werd goedgekeurd .
Hun idee vraagt om het gebruik van GPS-satellieten en andere atoomkloknetwerken en het vergelijken van hun tijden om naar verschillen te zoeken. Derevianko en Pospelov suggereren dat donkere materie een verstorend effect kan hebben op atoomklokken en dat het, door naar bestaande netwerken van atoomklokken te kijken, mogelijk zou kunnen zijn om holtes van donkere materie te herkennen aan hun kenmerkende signatuur.
De twee beginnen deze theorie te testen door klokgegevens van de 30 GPS-satellieten te analyseren, die atoomklokken gebruiken voor dagelijkse navigatie. Gecorreleerde netwerken van atoomklokken, zoals de GPS en sommige reeds bestaande grondnetwerken, kunnen worden gebruikt als een krachtig hulpmiddel om te zoeken naar de topologische defecte donkere materie waar aanvankelijk gesynchroniseerde klokken gedesynchroniseerd zullen worden.
"Ondanks solide observationeel bewijs voor het bestaan van donkere materie, blijft de aard ervan een mysterie", zei Derevianko, een professor aan het College of Science aan de universiteit. “Sommige onderzoeksprogramma's in de deeltjesfysica gaan ervan uit dat donkere materie is samengesteld uit zware deeltjesachtige materie. Deze veronderstelling klopt misschien niet en er is veel belangstelling voor alternatieven. '
Hun voorstel bouwt voort op het idee dat donkere materie afkomstig zou kunnen zijn van scheuren in de kwantumvelden van het universum die fundamentele eigenschappen als de massa van een elektron zouden kunnen verstoren, en een effect zouden hebben op de manier waarop we tijd meten. Dit betekent een breuk met de meer conventionele opvatting dat donkere materie bestaat uit subatomaire deeltjes zoals WIMP's en axions.
"Ons onderzoek gaat uit van het idee dat donkere materie kan worden georganiseerd als een grote gasachtige verzameling van topologische defecten of energiescheuren", zei Derevianko. 'We stellen voor om de defecten, de donkere materie, op te sporen terwijl ze door ons heen vegen met een netwerk van gevoelige atoomklokken. Het idee is dat als de klokken niet synchroon lopen, we zouden weten dat donkere materie, het topologische defect, voorbij is. Sterker nog, we zien het gebruik van de GPS-constellatie als de grootste door mensen gebouwde detector voor donkere materie. ”
Derevianko werkt samen aan het analyseren van GPS-gegevens met Geoff Blewitt, directeur van het Nevada Geodetic Laboratory, ook aan het College of Science van de Universiteit van Nevada, Reno. Het Geodetic Lab heeft het grootste GPS-gegevensverwerkingscentrum ter wereld ontwikkeld en onderhouden, dat continu en 24/7 informatie van ongeveer 12.000 stations over de hele wereld kan verwerken.
Blewitt, ook een natuurkundige, legde uit hoe een reeks atoomklokken mogelijk donkere materie zou kunnen detecteren.
"We weten bijvoorbeeld dat de donkere materie daar moet zijn, omdat het licht om sterrenstelsels heen buigt, maar we hebben geen bewijs van waaruit het gemaakt zou kunnen zijn", zei hij. 'Als de donkere materie er niet zou zijn, zou de normale materie die we kennen niet voldoende zijn om het licht zo veel te buigen als het doet. Dat is slechts een van de manieren waarop wetenschappers weten dat er ergens in de melkweg een enorme hoeveelheid donkere materie is. Een mogelijkheid is dat de donkere materie in dit gas misschien niet gemaakt is van deeltjes zoals normale materie, maar van macroscopische onvolkomenheden in het weefsel van de ruimtetijd.
'De aarde zwaait door dit gas terwijl het om de melkweg draait. Dus voor ons lijkt het gas op een galactische wind van donkere materie die door het aardesysteem en zijn satellieten blaast. Als de donkere materie voorbij waait, zou het af en toe ervoor zorgen dat klokken van het GPS-systeem in een periode van ongeveer 3 minuten niet synchroon lopen met een duidelijk patroon. Als de donkere materie ervoor zorgt dat de klokken meer dan een miljardste van een seconde niet synchroon lopen, zouden we dergelijke gebeurtenissen gemakkelijk moeten kunnen detecteren. ”
"Dit soort werk kan transformerend zijn in de wetenschap en kan de manier waarop we over ons universum denken volledig veranderen," zei Jeff Thompson, natuurkundige en decaan van het University College of Science. “Andrei is een natuurkundige van wereldklasse en hij heeft al baanbrekende bijdragen geleverd aan de natuurkunde. Het is een wonder om het geweldige werk van hem en zijn groep te zien. "
Derevianko doceert kwantumfysica en aanverwante vakken aan de Universiteit van Nevada, Reno. Hij is auteur van meer dan 100 gerefereerde publicaties in de theoretische natuurkunde. Hij is een fellow van de American Physical Society, een Simons-fellow in theoretische fysica en een Fulbright-geleerde. Tussen verschillende onderzoeksthema's heeft hij bijgedragen aan de ontwikkeling van verschillende nieuwe klassen van atoomklokken en precisietests van fundamentele symmetrieën met atomen en moleculen.
Hun onderzoek verscheen eerder deze week in de online versie van het wetenschappelijke tijdschrift Natuurfysica, voor de printversie.
