2018 was een groot jaar voor donkere materie.
Zoals gewoonlijk hebben astronomen niets van het spul gevonden, wat onzichtbaar is voor al onze telescopen, maar het lijkt op te komen voor ten minste 80 procent van het universum.
Er waren meldingen van een orkaan met donkere materie, maar we kunnen deze niet echt zien. Er werd een melkwegstelsel ontdekt dat geen donkere materie leek te hebben, wat vreemd genoeg zou hebben bewezen dat donkere materie bestond. Maar toen bleek dat de melkweg toch donkere materie kan hebben - waardoor sommige fysici twijfelen aan het bestaan van donkere materie. Meerdere experimenten die verondersteld werden donkere materie hier op aarde direct te detecteren, leverden niets op.
Dus, waar blijven wetenschappers op jacht naar donkere materie terwijl we 2019 ingaan? Vrij optimistisch, alles bij elkaar genomen. De jacht op donkere materie dringt op alle fronten door.
Van enorme ondergrondse detectoren tot enorme hemelonderzoeken, hier zijn de vier grote stappen in de jacht op donkere materie om naar uit te kijken in 2019.
LIGO komt weer online
Het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), de Amerikaanse detector die in 2015 de eerste zwaartekrachtgolven direct waarnam, begint begin 2019 met zijn derde waarnemingsrun en verzamelt meer gegevens dan ooit tevoren na een reeks upgrades van zijn apparatuur.
Dus wat doet een gravitatiegolfdetector in een artikel over donkere materie? Het blijkt dat er veel verleidelijke mogelijkheden zijn om hints van donkere materie aan het licht te brengen met behulp van gravitatiegolfgegevens - hoewel geen van deze tot nu toe is gerealiseerd.
Onderzoekers in 2018 stelden voor dat als een "donker foton" met een zeer kleine massa ergens in het universum op de loer ligt, het signaal zou kunnen opduiken in LIGO-gegevens, waardoor zeer specifieke onregelmatigheden in de handtekeningen van gravitatiegolven zouden kunnen ontstaan.
"We laten zien dat zowel op de grond als in de toekomst op ruimte gebaseerde gravitatiegolfdetectoren de mogelijkheid hebben om een ontdekking te doen", schreven de onderzoekers.
Nu LIGO weer online is, is het echt mogelijk om bewijsmateriaal voor donkere materie op te halen in gravitatiegolfgegevens.
Natuurkundigen zullen proberen te achterhalen of MiniBooNE de geest van een neutrino heeft opgegeven
Gedurende 2018 spraken wetenschappers opgewonden over intrigerende resultaten van een experiment in het Fermilab National Accelerator Laboratory, MiniBooNE genaamd, dat de aanwezigheid van deeltjes suggereerde die niet zouden mogen bestaan. De beste verklaring tot nu toe is dat er een vierde, tot nu toe onontdekte neutrino is, de steriele neutrino genaamd, die nog minder met de rest van het universum in wisselwerking staat dan zijn andere neutrino-neven.
Sommige onderzoekers zijn van mening dat de steriele neutrino een kandidaat-deeltje zou kunnen zijn voor donkere materie, en nu 2018 ten einde loopt, versterken natuurkundigen hun perspectief op deze anomalie. Zoek naar wetenschappers die op nieuwe manieren denken over die gegevens en steriele neutrino's in het algemeen in 2019.
Eerste licht bij de Large Synoptic Survey Telescope (LSST)
Er wordt een telescoop gebouwd in Chili die elke 15 seconden gedetailleerde beelden maakt van uitgestrekte delen van de lucht, waardoor elke drie dagen een volledige scan van de lucht wordt gemaakt. In de loop van 10 jaar zal het die beelden keer op keer met elkaar vergelijken om bij te houden hoe de lucht verschuift en verandert, waardoor het de meest diepgaande bron ooit is om te begrijpen hoe donkere materie de kosmos duwt en trekt.
Wetenschappers weten in grote lijnen dat donkere materie de manier vormt waarop sterrenstelsels en hun sterren bewegen en met elkaar omgaan. Het doel van LSST is om dat beeld in te vullen en een ongekend detailniveau te bieden over hoe de kosmos functioneert. Dat zou astrofysici een schat aan gegevens moeten opleveren over de aard van donkere materie en de rol die het speelt in het universum.
En in 2019 zullen onderzoekers voor het eerst het oog van die telescoop van 6200 pond (2800 kilogram) openen en licht opnemen. Wetenschappelijke operaties beginnen in 2022.
De race om een detector van de volgende generatie te bouwen, wordt warm
Deeltjesfysici speculeren al lang dat het eerste directe teken van donkere materie een sprankeling zou kunnen zijn. Hier is hoe het zou kunnen werken: aangezien donkere materie in zeer donkere kamers botst met inerte stoffen, zouden die stoffen zwakke lichtvlekjes uitstralen. Decennia lang hebben wetenschappers detectoren gebouwd volgens dit principe, maar tot nu toe heeft geen enkele een overtuigend resultaat opgeleverd.
In 2019 zullen wetenschappers in China hard aan het werk zijn op het PandaX-platform, dat de hele dag en nacht naar xenon staart op zoek naar een twinkeling. Die wetenschappers zijn de detector snel aan het upgraden zodat ze geschikt zijn voor een xenontarget van 4 ton (3,6 ton), met de verwachting dat ze het grootste deel van dat werk in de loop van 2019 en 2020 zullen voltooien. De nieuwe detector zal PandaX-xt heten.
Om niet achter te blijven, zullen onderzoekers in South Dakota de belangrijkste bouwfasen van LUX-ZEPLIN voltooien, die een volle 10 ton (9 ton) xenon zullen observeren bijna een mijl onder de stad Lead, South Dakota. Net als PandaX-xt zal het project waarschijnlijk pas in 2020 worden afgerond.
Italië zal ook doorgaan met het upgraden van zijn detector, met de toepasselijke naam XENON, naar een schaal van 8 ton (7,2 ton). De upgrade, genaamd XENON-nt, zou in 2019 moeten worden afgerond.
De volgende fase
Het is altijd mogelijk dat een of ander experiment ergens onweerlegbaar is, specifiek bewijs dat een bepaald soort mogelijk deeltje van donkere materie echt bestaat. Maar op korte termijn zijn natuurkundigen op bijna elk gebied gefocust op het gebruik van de lessen uit het verleden om grotere, betere jagen op donkere materie in de toekomst te informeren. Zal er in 2019 een onweerlegbare bevinding van donkere materie opduiken? Dat is misschien een beetje optimistisch. Maar de natuurkundigen die dat doel najagen, gaan het nieuwe jaar in en bewapenen zich om met meer precisie en kracht te jagen dan ooit tevoren.
