Een groep theoretisch fysici heeft een nieuw model voorgesteld waarin donkere materie een structuur heeft die lijkt op die van normale atomen. Deze zogenaamde 'nucleaire atomaire donkere materie' zou kunnen verklaren waarom de hoeveelheid donkere materie in het universum zo nauw samenhangt met de hoeveelheid zichtbare materie.
In een recent wetenschappelijk artikel, dat op 4 november 2026 werd gepubliceerd, presenteren onderzoekers een nieuwe benadering van donkere materie. De auteurs, waaronder Pouya Asadi, Zackaria Chacko, David Curtin, Micah Mellors en Ethan T. Neil, suggereren dat donkere materie niet uit één enkel type simpel deeltje bestaat, maar uit complexere structuren die zij 'nuclear atomic dark matter' (naDM) noemen.
De raadselachtige verhouding tussen materievormen
De drijfveer achter dit nieuwe onderzoek is wat de wetenschappers de 'matter coincidence' noemen. In het huidige kosmologische model is de dichtheid van donkere materie ($\Omega_{\rm DM}$) ongeveer vijf keer groter dan die van de zichtbare, baryonische materie ($\Omega_b$). Volgens de auteurs van het onderzoek op arxiv.org suggereert deze specifieke verhouding dat beide vormen van materie mogelijk een gemeenschappelijke oorsprong hebben.
Om dit te verklaren, stellen de onderzoekers voor dat donkere materie is opgebouwd uit 'spiegel-neutronen' met een massa van ongeveer 5 GeV. Naast deze dominante populatie zou er een kleinere groep van zogenaamde 'spiegel-elementen' bestaan. Dit creëert een scenario waarin donkere materie een chemische complexiteit vertoont die vergelijkbaar is met de nucleaire structuren in het zichtbare universum.
Theoretisch kader en mechanismen
Om dit model wiskundig en fysiek te onderbouwen, maken de onderzoekers gebruik van het 'Mirror Twin Higgs'-model. In hun publicatie via leggen zij uit dat zij een specifiek mechanisme hanteren, het 'twin Froggatt-Nielsen'-mechanisme, om de massa's van fermionen te genereren. Daarnaast passen zij een spontane $\mathbb{Z}_2$-symmetriebreking toe.
Hoewel het team dit specifieke kader gebruikt, benadrukken zij dat het raamwerk voor spiegelmaterie op lage energie breder is. Dit betekent dat de theorie over nucleaire atomaire donkere materie mogelijk voortkomt uit andere 'ultraviolette completering', oftewel andere fundamentele natuurkundige theorieën op zeer hoge energieschalen.
Waarneembare effecten en astrofysica
Een van de belangrijkste aspecten van de nieuwe theorie is dat deze voorspellingen doet die in de toekomst getoetst kunnen worden. De introductie van naDM zou leiden tot een uniek signaal in de vorm van een 'tweestaps donkere akoestische oscillatie'. Dit type signaal zou een cruciale aanwijzing kunnen zijn voor de aard van donkere materie in het vroege universum.
Daarnaast stelt het onderzoek op dat dit model leidt tot meerdere gecorreleerde signalen bij directe detectiepogingen. Dit betekent dat experimenten die proberen donkere materiedeeltjes direct in laboratoria op aarde te vangen, specifieke patronen zouden moeten zien die consistent zijn met de atomaire structuur van deze materie.
Tot slot wijzen de auteurs op de implicaties voor de astrofysica. De aanwezigheid van spiegelmaterie zou leiden tot wat zij omschrijven als 'zeer exotische twin astrofysica'. Dit suggereert dat er in het universum processen kunnen plaatsvinden in de donkere sector die een spiegelbeeld zijn van de sterrenvorming en nucleaire processen die we in onze eigen zichtbare wereld observeren.
Het volledige theoretische kader is gedetailleerd uitgewerkt in een document van vijf pagina's, inclusief drie figuren en diverse appendices, zoals vermeld in de indiening op . Hoewel de theorie nog in een vroeg stadium van validatie verkeert, biedt het een potentieel nieuw pad om de fundamentele aard van de onzichtbare massa in het heelal te begrijpen.