Wetenschappers begonnen in de jaren negentig kristallen te zien schitteren. Die kristallen fonkelden meer in de zomer, die onderzoekers als bewijs van donkere materie beschouwden. Maar die wetenschappers hadden waarschijnlijk ongelijk, suggereert nieuw onderzoek.
Wetenschappers hebben heel goede redenen om te geloven dat er donkere materie bestaat - dat er iets ongeziens aan alles trekt met zijn zwaartekracht, maar dat is onzichtbaar voor onze telescopen. Maar ze weten niet waar die donkere materie eigenlijk van gemaakt is. Natuurkundigen hebben een aantal gissingen. Maar onderzoekers hebben nooit direct bewijs gezien dat suggereert dat een bepaalde gok juist is, met één mogelijke uitzondering: een enkele detector in Italië fonkelde meer in de winter dan in de zomer, wat erop duidde dat een bepaald model van donkere materie correct was. Maar nu heeft een nieuw experiment dat probeert om die jaarlijkse fonkelingscyclus te repliceren, geen significante resultaten opgeleverd, wat erop wijst dat het bewijs van de donkere detector van de Italiaanse detector waarschijnlijk verkeerd is.
Hier is de deal: een populaire theorie van donkere materie stelt dat het spul bestaat uit deeltjes die "zwak interacterende massieve deeltjes" of "WIMPS" worden genoemd. Deze WIMP's zouden zware deeltjes zijn die niet in het standaardmodel van de natuurkunde worden beschreven, hoewel het waarschijnlijk supersymmetrische partners van standaardmodeldeeltjes zijn. WIMP's zouden hun zwaartekracht gebruiken om aan andere deeltjes te trekken, en zouden anders zelden met hen interageren.
Gebaseerd op hoe donkere materie lijkt te werken op de lichtemitterende materie in het universum, denken onderzoekers dat de stof de neiging heeft om in sterrenstelsels te clusteren en ze bij elkaar te houden. Dat betekent dat als donkere materie wordt gemaakt van WIMP's, er meer in juni de aarde zouden moeten raken, wanneer onze planeet naar de donkere materie-halo van de Melkweg snelt, dan in december, wanneer onze planeet wegrent uit die regio. Gelukkig voor team WIMP , leek een enkel experiment die hypothese te ondersteunen.
Op een ondergrondse plek in Italië staren fotondetectoren de hele dag en nacht in het donker naar natriumjodidekristallen, op zoek naar sporen van licht. Die kristallen fonkelen wanneer ze interageren met andere deeltjes, en in die begraven plaats - het DAMA / NaI-experiment genoemd - zouden WIMP's een van de enige andere deeltjes zijn die er waren. Al in april 1998, slechts drie jaar nadat het DAMA / NaI-experiment was begonnen, onderzoekers meldden in het tijdschrift Physics Letters B dat de kristallen in de zomer meer leken op te lichten dan in de winter. Dat was precies wat onderzoekers verwachtten te zien of donkere materie echt uit WIMP's bestond. Nog in 2017 rapporteerden onderzoekers die gegevens bekeken van het DAMA / NaI-experiment van 1995-2002 en het verbeterde DAMA / LIBRA-experiment, dat in 2003 begon, bewijs voor een jaarlijkse verschuiving in het gedrag van de kristallen.
Maar die resultaten waren niet erg goed bij replicatiepogingen.
De Xenon100-detector, ook in Italië, jaagde op dezelfde manier op WIMP's - hoewel hij dit deed door in een donkere kamer naar xenon en niet naar natriumjodide te staren. Tegen 2010 was het duidelijk dat XENON100 het jaarlijkse signaal van DAMA niet zou zien. Een andere, grotere xenon-zoekopdracht, deze in China, rapporteerde eerder dit jaar geen resultaten. Maar nog een ander experiment - CoGeNT genaamd, gevestigd in Minnesota en vertrouwend op een enkel stuk germanium - leek het jaarlijkse signaal van DAMA te repliceren.
Het laatste nieuws is echter niet goed voor DAMA. Op woensdag (5 december) publiceerden onderzoekers van de Cosine-100-detector in Zuid-Korea een paper in het tijdschrift Nature waarin ze meldden dat ze geen jaarlijkse verschuiving in hun nieuwere, liefhebber-detector hadden gezien. Dat is een groot probleem, want de lichtsensoren van Cosine-100 kijken, net als die van DAMA, naar ondergrondse brokken natriumjodide. Dus als DAMA een echt resultaat had gevonden, zou het ook in Cosine-100 moeten verschijnen.
"Het resultaat van deze zoektocht is significant omdat we voor het eerst grote natriumjodidekristaldetectoren hebben met voldoende gevoeligheid. Het is al 20 jaar geleden dat de potentieel significante claim niet onafhankelijk van elkaar met dezelfde kristallen is gereproduceerd", aldus Hyun. Su Lee, mede-woordvoerder van Cosine-100, zei in een verklaring.
Onderzoekers weten nog steeds niet wat het jaarlijkse signaal veroorzaakte of waarom het in DAMA verscheen, maar niet in Cosine-100. Maar het Koreaanse team zei dat het hoopt dat een aanstaande upgrade van de detector betere gegevens zal opleveren om het mysterie van donkere materie en het DAMA-signaal op te lossen.
