Donkere materie: het is onzichtbaar, het is ongrijpbaar, het is controversieel ... en het is overal - in het heelal, ja, maar vooral in de wereld van astrofysica, waar onderzoekers al decennia lang uitputtend proberen zijn ware identiteit te onthullen.
Nu rapporteren wetenschappers met het internationale Super Cryogene Dark Matter Search (SuperCDMS) -experiment de detectie van een deeltje waarvan wordt gedacht dat het donkere materie vormt: een zwak interactief massief deeltje, of WIMP. Volgens een persbericht van de Texas A&M University (waarvan de hoogenergetische fysicus Rupak Mahapatra een hoofdonderzoeker is in het experiment) heeft SuperCDMS een WIMP-achtig signaal op het 3-sigma-niveau geïdentificeerd, wat een kans van 99,8 procent op een daadwerkelijke ontdekking aangeeft - een 'concrete hint', zoals het wordt genoemd.
'In de hoge-energiefysica wordt een ontdekking pas opgeëist op 5-sigma of beter', zei Mahapatra. “Dit is dus zeker heel spannend, maar volgens de normen niet helemaal overtuigend. We hebben alleen meer gegevens nodig om zeker te zijn. Voorlopig moeten we leven met deze verleidelijke hint van een van de grootste puzzels van onze tijd. ”
Als dit inderdaad een WIMP is, is het de eerste keer dat een dergelijk deeltje direct wordt waargenomen, wat meer inzicht geeft in wat donkere materie is ... of niet is.
Berucht ongrijpbaar, WIMP's hebben zelden interactie met normale materie en zijn daarom moeilijk te detecteren. Wetenschappers denken dat ze af en toe stuiteren of zich verspreiden als biljartballen van atoomkernen, waardoor een kleine hoeveelheid energie achterblijft die kan worden gevolgd door detectoren diep onder de grond, deeltjesbotsers zoals de Large Hadron Collider bij CERN en zelfs instrumenten in de ruimte zoals de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) gemonteerd op het internationale ruimtestation.
Het CDMS-experiment, gelegen een halve mijl onder de grond bij de Soudan-mijn in het noorden van Minnesota en beheerd door het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy, is sinds 2003 op zoek naar donkere materie. Het experiment maakt gebruik van zeer geavanceerde detectortechnologie en geavanceerde analyse technieken om cryogeen gekoelde (bijna absolute nultemperatuur bij -460 graden F) germanium- en siliciumdoelen mogelijk te maken om te zoeken naar de zeldzame terugslag van donkere materiedeeltjes.
Deze nieuw aangekondigde detectie komt eigenlijk van gegevens die tijdens een eerdere fase van het experiment zijn verkregen.
"Dit resultaat is afkomstig van gegevens die enkele jaren geleden zijn genomen met siliciumdetectoren die in Stanford zijn vervaardigd en die nu niet meer bestaan", zei Mahapatra. “De toegenomen interesse in het WIMP-gebied met lage massa motiveerde ons om de analyse van de blootstelling aan siliciumdetectoren te voltooien, die minder gevoelig is dan germanium voor WIMP-massa's boven 15 giga-elektronvolts [één GeVa is gelijk aan een miljard elektronvolt] maar gevoeliger voor lagere massa's. De analyse resulteerde in drie gebeurtenissen en de geschatte achtergrond is 0,7 gebeurtenissen. '
Hoewel Mahapatra zegt dat het resultaat zeker bemoedigend is en nader onderzoek waard is, waarschuwt hij dat het nog niet als een ontdekking moet worden beschouwd.
'We zijn er maar 99,8 procent zeker van, en we willen 99,9999 procent zeker zijn', zei Mahapatra. 'Bij 3-sigma heb je iets van iets. Bij 4-sigma heb je bewijs. Bij 5-sigma heb je een ontdekking. '
'In de geneeskunde kun je zeggen dat je 99,8 procent van de gevallen geneest, en dat is prima. Als je zegt dat je een fundamentele ontdekking hebt gedaan in de hoge-energiefysica, kun je niet verkeerd zijn. "
- Dr. Rupak Mahapatra, hoofdonderzoeker van SuperCDMS, Texas A&M University
De samenwerking zal deze WIMP-sector blijven onderzoeken met behulp van de SuperCDMS Soudan-experiment met de werking van germaniumdetectoren en overweegt in toekomstige experimenten grotere, geavanceerdere 6-inch siliciumdetectoren te gebruiken die zijn ontwikkeld door de Texas A & M's Department of Electrical Engineering.
Het team heeft de resultaten gedetailleerd beschreven in een paper dat in arXiv is gepubliceerd en dat uiteindelijk zal verschijnen inFysieke beoordelingsbrieven. Mahapatra maakt vandaag ook om 12 uur de resultaten bekend. CDT in gesprek bij het Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy.
Bron: Texas A&M University
(Lees hier en hier meer over donkere materie.)
