Het zendt geen elektromagnetische straling uit en niemand weet echt wat het is, maar dat weerhoudt een team van Europese onderzoekers er niet van een apparaat te ontwikkelen dat wetenschappers zullen gebruiken om de aard van de donkere materie die deel uitmaakt te detecteren en te bepalen 1 / 4 van de massa van ons universum.
De onderzoekers van de Universiteit van Zaragoza (UNIZAR) en het Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, in Frankrijk), maakten aannames over de aard van donkere materie op basis van theoretische studies, en ontwikkelden een apparaat genaamd een "sprankelende bolometer" om het resultaat te detecteren van interactie van donkere materie met materiaal in de detector.
“Een van de grootste uitdagingen in de natuurkunde van vandaag is het ontdekken van de ware aard van donkere materie, die niet direct kan worden waargenomen - ook al lijkt het een kwart van de materie van het heelal te vormen. Dus we moeten proberen het te detecteren met prototypen zoals die we hebben ontwikkeld ”, vertelt Eduardo García Abancéns, een onderzoeker van het UNIZAR's Laboratory of Nuclear Physics and Astroparticles, aan SINC.
García Abancéns is een van de wetenschappers die werkt aan het ROSEBUD-project (een afkorting voor Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD), een internationaal samenwerkingsinitiatief tussen het Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS-Universiteit van Parijs-Zuid, in Frankrijk) en de universiteit van Zaragoza, dat zich richt op de jacht op donkere materie in de Melkweg.
De wetenschappers hebben het afgelopen decennium aan deze missie gewerkt in het Canfranc Underground Laboratory in Huesca, waar ze verschillende cryogene detectoren hebben ontwikkeld (die werken bij temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt: 273,15 ° C). De laatste is een 'scintillerende bolometer', een apparaat van 46 gram dat in dit geval een kristallen 'scintillator' bevat, bestaande uit bismut, ontkiemt en zuurstof (BGO: Bi4Ge3O12), die fungeert als een detector voor donkere materie.
Voor het bouwen van elk type donkere-materiedetector moesten de onderzoekers natuurlijk enkele aannames doen over de aard van de donkere materie zelf. De door de onderzoekers ontwikkelde detectietechniek is gebaseerd op een aantal theoretische studies die verwijzen naar deeltjes die WIMP's (Weakly Interacting Massive Particles) worden genoemd als het hoofdbestanddeel van donkere materie.
"Deze detectietechniek is gebaseerd op de gelijktijdige meting van het licht en de warmte die wordt geproduceerd door de interactie tussen de detector en de hypothetische WIMP's die volgens verschillende theoretische modellen het bestaan van donkere materie verklaren", legt García Abancéns uit.
De onderzoeker legt uit dat het verschil in de scintillatie van de verschillende deeltjes het mogelijk maakt om met deze methode onderscheid te maken tussen de signalen die de WIMP's zouden produceren en andere die worden geproduceerd door verschillende elementen van achtergrondstraling (zoals alfa-, bèta- of gammadeeltjes).
Om de minuscule hoeveelheid geproduceerde warmte te meten, moet de detector worden gekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt, en is een cryogene faciliteit, versterkt met lood en polyethyleenbakstenen en beschermd tegen kosmische straling, ondergebracht in de Tobazo-berg, geïnstalleerd in het ondergrondse laboratorium van Canfranc.
"De nieuwe sprankelende bolometer presteerde uitstekend en bewees zijn levensvatbaarheid als detector in experimenten om donkere materie te zoeken, en ook als gammaspectrometer (een apparaat dat dit type straling meet) om achtergrondstraling in deze experimenten te volgen", zegt García Abancéns.
De sprankelende bolometer bevindt zich momenteel in het Orsay University Centre in Frankrijk, waar het team werkt aan het optimaliseren van de lichtverzameling van het apparaat en het uitvoeren van proeven met andere BGO-kristallen.
Deze studie, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Optical Materials, maakt deel uit van het Europese EURECA-project (European Underground Rare Event Calorimeter Array). Dit initiatief, waaraan 16 Europese instellingen deelnemen (waaronder de Universiteit van Zaragoza en de IAS), heeft tot doel een cryogene detector van één ton te bouwen en deze de komende tien jaar te gebruiken voor de jacht op de donkere materie van het heelal.
Bron: FECYT (Spanje)
