Wetenschappers hebben een belangrijke mijlpaal bereikt in de zoektocht naar donkere materie. Het Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) experiment, gelegen diep onder de grond in een Canadese mijn, heeft zijn operationele temperatuur bereikt — honderden keren kouder dan de ruimte zelf. Deze doorbraak brengt onderzoekers een stap dichter bij het detecteren van een van de grootste mysteries van het universum.
Extreem koude omstandigheden
Het experiment bereikte een temperatuur van slechts duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt (-273,15 °C), universetoday.com. Bij deze extreme temperatuur komt atomaire en moleculaire beweging vrijwel tot stilstand. Deze koude omgeving is essentieel voor de supergeleide detectoren om gevoelig genoeg te worden voor het waarnemen van mogelijke interacties met donkere materie.
Het bereiken van deze basistemperatuur markeert volgens professor Priscilla Cushman van de University of Minnesota School of Physics and Astronomy een belangrijke overgang. "Het bereiken van de basistemperatuur is een belangrijke mijlpaal in een jarenlange campagne om een faciliteit met lage achtergrondstraling te bouwen die geschikt is voor onze gevoelige cryogene halfgeleiderdetectoren," umn.edu. "Bij deze extreem lage temperaturen kunnen onze geïnstalleerde detectoren nu een geheel nieuw gebied van parameterruimte scannen waar de lichtste donkere materiedeeltjes zich mogelijk schuilhouden."
Diep onder de grond
Het SuperCDMS-experiment bevindt zich in SNOLAB, een onderzoeksfaciliteit bijna 2.100 meter onder de grond in een nikkelmijn bij Sudbury, Ontario. Volgens Texas A&M University is deze locatie gekozen vanwege de natuurlijke afscherming tegen kosmische straling. Het experiment zelf bestaat uit een cilindervormige behuizing van vier meter hoog en vier meter breed, gemaakt van lagen ultrazuiver lood.
Deze afscherming beschermt de detectoren tegen straling, waaronder neutronen en gammastralen die worden geproduceerd door hoogenergetische kosmische straling die door onze atmosfeer gaat. De detectoren in het hart van het experiment zijn ontworpen en gefabriceerd door een team onder leiding van Dr. Rupak Mahapatra van Texas A&M University. Deze geavanceerde halfgeleiderdetectoren met cryogene kwantumsensoren worden pas gevoelig genoeg bij de extreem lage temperaturen die nu zijn bereikt.
Het mysterie van donkere materie
Donkere materie werd formeel gehypothetiseerd in de jaren zeventig door de beroemde astronoom Vera Rubin, naar wie het Vera C. Rubin Observatory is vernoemd. Deze mysterieuze substantie zou volgens theorieën 85 procent van alle materie in het bekende universum uitmaken. Ondanks zestig jaar onderzoek hebben wetenschappers nog geen concreet bewijs gevonden van deze materie of kunnen ze bepalen waaruit het bestaat.
northwestern.edu dat donkere materie cruciaal is voor ons begrip van de natuur, van de meest fundamentele deeltjes tot de oorsprong en evolutie van het universum. De meest geaccepteerde theorie is dat donkere materie bestaat uit grote deeltjes die via zwaartekracht interacteren met "normale materie", bekend als het Cold Dark Matter (CDM) model.
Zoektocht naar lichte donkere materie
Het SuperCDMS-experiment richt zich specifiek op "lichte donkere materie" — een vorm met veel lagere massa die nog moeilijker te detecteren is dan zwaardere varianten. Het experiment is ontworpen om donkere materiedeeltjes te detecteren die al door de aarde heen gaan, maar tot nu toe onopgemerkt bleven vanwege hun zwakke interactie met normale materie.
Met het bereiken van de operationele temperatuur kan het internationale samenwerkingsverband nu beginnen met het kalibreren van de detectoren. eurekalert.org markeert dit de overgang van de constructie- en installatiefase naar de commissioning- en wetenschappelijke operatiefase van het experiment.
De komende maanden zullen cruciaal zijn voor het testen en verfijnen van de detectiesystemen. Als het experiment succesvol is, zou het baanbrekend bewijs kunnen leveren voor het bestaan van donkere materie en ons begrip van het universum fundamenteel kunnen veranderen. De wetenschappelijke gemeenschap kijkt met spanning uit naar de eerste resultaten van deze gevoelige zoektocht naar een van de grootste raadsels van de moderne natuurkunde.