Voor een wetenschappelijke doorbraak is vaak de allernieuwste technologie nodig, maar soms ligt het antwoord in terugkijken. Onderzoekers stellen voor om een experiment, ontworpen door de Britse wetenschapper Henry Cavendish in 1773, nieuw leven in te blazen om op jacht te gaan naar een van de meest ongrijpbare mysteries van het universum: donkere materie.
Terwijl Cavendish oorspronkelijk van plan was elektromagnetisme te bestuderen met behulp van geneste metalen omhulsels, geloven moderne natuurkundigen van Stanford University en de Universiteit van Delaware dat deze eeuwenoude opstelling de sleutel zou kunnen zijn tot het detecteren van milligeladen deeltjes (mCP’s). Deze hypothetische deeltjes zijn sterke kandidaten voor donkere materie, een stof die grofweg 85% van de materie in het universum uitmaakt, maar onzichtbaar blijft voor traditionele detectiemethoden.
De wetenschap achter de zoektocht
Donkere materie heeft geen interactie met licht, waardoor het onmogelijk is om direct te zien. Het oefent echter een zwaartekrachtinvloed uit op zichtbare materie. Eén leidende theorie suggereert dat donkere materie zou kunnen bestaan uit deeltjes met extreem kleine elektrische ladingen – veel kleiner dan die van elektronen of protonen. Dit zijn de milligeladen deeltjes.
Omdat mCP’s een lading hebben, interageren ze met elektromagnetische velden. Deze eigenschap maakt ze ideale doelwitten voor het oorspronkelijke ontwerp van Cavendish, waarbij het elektrische potentieel tussen twee geneste metalen omhulsels werd gemeten. De voorgestelde moderne versie zou deze structuur repliceren:
- De opstelling : Een grote buitenste metalen schaal is aangesloten op een spanningsbron, terwijl een binnenste schaal geïsoleerd blijft.
- De accumulator : een apparaat fungeert als een ‘stofzuiger’ en trekt geladen deeltjes uit de omringende lucht naar de experimentele kamer.
- De detectie : als mCP’s aanwezig zijn, zouden hun kleine ladingen een meetbaar spanningsverschil creëren tussen de binnen- en buitenschalen.
“Door de eigenschap dat ze aangeklaagd worden, passen ze goed bij de eeuwenoude opzet van Cavendish”, legt Peter Graham van Stanford University uit.
Waarom dit belangrijk is: eenvoud en gevoeligheid
In een veld dat wordt gedomineerd door miljardenversnellers en enorme ondergrondse detectoren, ligt de aantrekkingskracht van dit voorstel in de efficiëntie en betaalbaarheid ervan.
- Kosteneffectief : de geschatte kosten bedragen minder dan $1 miljoen, ongeveer een duizendste van de jaarlijkse bedrijfskosten van een deeltjesversneller.
- Hoge gevoeligheid : berekeningen suggereren dat deze methode 100 tot 10.000 keer gevoeliger kan zijn dan eerdere methoden voor het detecteren van mCP’s.
- Snelheid : In tegenstelling tot grootschalige infrastructuurprojecten die tientallen jaren duren, zou dit experiment binnen twee tot drie jaar gebouwd en operationeel kunnen zijn.
Kevin Kelly van Texas A&M University merkt op dat de schattingen van de onderzoekers zelfs conservatief kunnen zijn. Indien accuraat zou deze aanpak deeltjes kunnen detecteren met ladingen waarvan voorheen werd gedacht dat ze te klein waren om te meten, waardoor een nieuw venster werd geopend op de samenstelling van de kosmos.
Een nieuw tijdperk voor onderzoek naar donkere materie
De wetenschappelijke gemeenschap neemt er nota van. Christopher Hill van de Ohio State University erkent dat deze techniek zowel qua gevoeligheid als snelheid beter zou kunnen presteren dan de huidige methoden. “Het zou een grote stap zijn om te begrijpen waaruit een groot deel van het universum bestaat en hoe het werkt”, zegt Hill, waarbij hij opmerkt dat hij overweegt een soortgelijk experiment met zijn eigen team op te zetten.
Als dit lukt, reiken de implicaties verder dan louter detectie. Het apparaat zou mogelijk milligeladen deeltjes kunnen ‘vangen en opslaan’, waardoor wetenschappers ze in detail kunnen bestuderen. Zoals Harikrishnan Ramani van de Universiteit van Delaware het humoristisch verwoordt: “Je zou milligeladen deeltjes kunnen opslaan en aan mensen kunnen schenken.”
Conclusie
Door de kloof tussen de 18e-eeuwse natuurkunde en de 21e-eeuwse kosmologie te overbruggen, biedt dit voorgestelde experiment een gestroomlijnd, goedkoop pad om mogelijk een van de grootste puzzels in de natuurkunde op te lossen. Het bewijst dat de krachtigste hulpmiddelen voor het verkennen van het onbekende soms niet de nieuwste zijn, maar de slimste.
