Sterrenstelsels zijn zwaarder dan ze lijken.
We weten dit omdat we niet alle spullen erin kunnen zien. De ontbrekende massa – de onzichtbare steiger die sterrenhopen bij elkaar houdt – is wat natuurkundigen donkere materie noemen. Decennia lang achtervolgde het zowel laboratoriumjassen als sciencefictionschrijvers en verscheen het overal, van Star Trek-vortexen tot het ‘Dust’ van Philip Pullman’s His Dark Materials. Het is een van de grootste kopzorgen in de kosmologie. We weten dat het door zwaartekracht aan dingen trekt. We weten gewoon niet wat het is. Of waar het zich verbergt.
“Donkere materie houdt zowel natuurkunde als sciencefiction decennia lang bezig…”
Een team van de Universiteit van Sheffield denkt een idee te hebben. Niet zomaar een idee, maar een geometrisch idee.
Resonantie zonder giswerk
Het nieuwe voorstel suggereert dat donkere materie zich mogelijk in een verborgen vijfde dimensie bevindt.
Concreet plaatst de theorie donkere materie naast een krachtdragerdeeltje dat een donker foton wordt genoemd in deze onzichtbare ruimte. Hier is de truc. De vorm van die extra dimensie brengt op natuurlijke wijze de massa’s van beide deeltjes op één lijn. Zie het als het raken van de perfecte noot op een gitaarsnaar. Als je de juiste frequentie hebt, zingt het instrument.
Dat is resonantie van donkere materie.
Het is niet helemaal een nieuw concept, maar eerdere modellen hadden een probleem. Ze gingen er in principe van uit dat de resonantie plaatsvond. Ze hebben de cijfers aangepast totdat ze pasten, wat minder als wetenschap en meer als kunst aanvoelt. Werkt dit echt?
Dr. Yu-Dai Tsai uit Sheffield betoogt dat het antwoord deze keer in de geometrie is ingebakken. Geen gedoe met de gegevens.
“De resonantie kan rechtstreeks voortkomen uit de geometrie van verborgen dimensies,” zei Tsai.
Waarom we het vandaag niet kunnen zien
Dit is waarom de theorie eigenlijk slim is. Het verklaart de paradox.
Als donkere materie in het vroege heelal een sterke interactie zou hebben, zou dit helpen verklaren hoe de kosmos evolueerde. Maar vandaag zien we bijna niets. Het is inert. Spookachtig.
Dit model maakt sterke interacties in het diepe verleden mogelijk, terwijl donkere materie nu stil blijft. De geometrie van die extra dimensie versterkt dit gedrag. Het vervangt wat natuurkundigen gewoonlijk ‘verfijning’ noemen – die lelijke plek in vergelijkingen waar je getallen alleen maar rangschikt om ze te laten werken – door een natuurlijke wiskundige uitkomst.
Geen kunstmatige aanpassing vereist. Gewoon wiskunde.
Praktische spin-offs?
Zoeken naar dingen die je niet kunt zien, vereist serieuze technologie. We hebben het over ultragevoelige detectoren. Cryogenen. Kwantummeetsystemen die fluisteren in het donker.
Deze gereedschappen staan niet alleen maar op de planken en verzamelen stof. Ze bloeden over naar andere velden. Betere beeldvorming voor de geneeskunde? Misschien. Sneller computergebruik? Mogelijk. Mondiale communicatie-upgrades? Waarschijnlijk.
“Ons onderzoek geeft natuurkundigen duidelijke nieuwe doelen…”
Het artikel, geschreven in samenwerking met Taegyu Lee, belandde in Physical Review D. Het is een stap in de richting van het verbinden van twee enorme mysteries: verborgen dimensies en de dingen die ons universum bij elkaar houden.
Of misschien is het gewoon een theorie die logisch is totdat we bewijzen dat het niet klopt.
De zoektocht gaat door.
