Sinds de jaren zestig theoretiseren astronomen dat alle zichtbare materie in het heelal (ook bekend als baryonische of 'lichtgevende materie) slechts een klein deel uitmaakt van wat er werkelijk is. Om ervoor te zorgen dat de overheersende en in de tijd geteste theorie van de zwaartekracht werkt (zoals gedefinieerd door General Relativity), moesten wetenschappers postuleren dat ongeveer 85% van de massa in het heelal uit "donkere materie" bestaat.
Ondanks vele decennia van onderzoek, hebben wetenschappers nog geen direct bewijs gevonden van de donkere materie en het samenstellende deeltje en de oorsprong ervan blijft een mysterie. Een team van natuurkundigen van de Universiteit van York in het VK heeft echter een nieuw kandidaat-deeltje voorgesteld dat pas onlangs is ontdekt. Bekend als de d-ster hexaquark, zou dit deeltje tijdens de oerknal de "donkere materie" in het heelal kunnen hebben gevormd.
Het verantwoordelijke team bestond uit dr. Mikhail Bashkanov en professor Daniel Watts van de afdeling natuurkunde van de universiteit van York. In een studie die onlangs in de Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physicsberekende het paar de eigenschappen van d-star hexaquarks als een potentiële nieuwe kandidaat voor Dark Matter.
Het hexaquark is een voorbeeld van een Bose-Einstein-condensaat, een speciale 'vijfde toestand van de materie' die typisch ontstaat wanneer lage dichtheden van bosondeeltjes worden afgekoeld tot bijna nul. Ze zijn samengesteld uit zes quarks, die over het algemeen in drieën worden gecombineerd om protonen en neutronen te maken, om een bosondeeltje te creëren. Dit betekent dat de aanwezigheid van meerdere d-sterren kan leiden tot combinaties die andere dingen gaan produceren dan protonen en neutronen.
Jarenlang was het bestaan van d-star hexaquarks slechts theoretisch totdat experimenten in 2011 (en aangekondigd in 2014) de mogelijke detectie van het deeltje aantoonden. De detectie vond plaats op een energieniveau van 2380 MeV en duurde slechts een fractie van een seconde (10?23 seconden). De onderzoeksgroep in York suggereert dat deze vergelijkbaar zijn met de omstandigheden kort na de oerknal.
Op dit moment wagen ze zich, veel d-ster hexaquarks hadden zich kunnen groeperen toen het heelal afkoelde en zich uitbreidde om de 'vijfde toestand van de stof' te vormen. Zoals Prof. Watts zei in een recent persbericht van de Universiteit van York:
“De oorsprong van donkere materie in het universum is een van de grootste vragen in de wetenschap en een die tot nu toe een blanco heeft getrokken. Onze eerste berekeningen geven aan dat condensaten van d-sterren een haalbare nieuwe kandidaat zijn voor donkere materie en deze nieuwe mogelijkheid lijkt nader en nader onderzoek waardig. Het resultaat is bijzonder opwindend omdat het geen concepten vereist die nieuw zijn in de natuurkunde. "
In wezen gaven hun resultaten aan dat tijdens de vroegste momenten na de oerknal, aangezien de kosmos langzaam afkoelde, stabiele d * (2830) hexaquarks naast baryonische materie hadden kunnen ontstaan. Bovendien geven hun resultaten aan dat de productiesnelheid van dit deeltje voldoende zou zijn geweest om 85% van de massa van het universum te verklaren waarvan wordt aangenomen dat het donkere materie is.
De onderzoekers zijn nu van plan samen te werken met wetenschappers in Duitsland en de VS om hun theorie te testen en te zoeken naar hexaquarks met d-sterren in de kosmos. Ze hebben al een aantal mogelijke astronomische handtekeningen in gedachten, die ze in hun recente studie presenteerden. Bovendien hopen ze deze subatomaire deeltjes in een laboratoriumomgeving te creëren om te zien of ze zich gedragen zoals voorspeld. Dit alles zal het onderwerp zijn van hun volgende studies.
"De volgende stap om deze nieuwe kandidaat voor donkere materie te vestigen, zal zijn om een beter begrip te krijgen van hoe de d-sterren met elkaar omgaan - wanneer trekken ze elkaar aan en wanneer stoten ze elkaar af," zei Dr. Bashkanov. "We voeren nieuwe metingen uit om d-sterren in een atoomkern te creëren en te kijken of hun eigenschappen anders zijn dan wanneer ze zich in de vrije ruimte bevinden."
