En ny æra i jagten på mørkt stof

Siden 1970’erne har astronomer og fysikere har samlet beviser for tilstedeværelsen i universet af mørkt stof:et mystisk stof, der manifesterer sig gennem dets tyngdekraft. Imidlertid, trods stor indsats, ingen af ​​de nye partikler, der foreslås til at forklare mørkt stof, er blevet opdaget. I en anmeldelse, der blev offentliggjort i Natur denne uge, fysikere Gianfranco Bertone (UvA) og Tim Tait (UvA og UC Irvine) hævder, at tiden er kommet til at udvide og diversificere den eksperimentelle indsats, og at indarbejde astronomiske undersøgelser og gravitationsbølgeobservationer i jagten på det mørke stofs natur.

I løbet af de sidste tre årtier har søgningen efter mørkt stof har hovedsagelig fokuseret på en klasse af partikelkandidater kendt som svagt interagerende massive partikler (eller WIMP'er). WIMP'er optrådte i lang tid som en perfekt kandidat til mørkt stof, da de ville blive produceret i den rigtige mængde i det tidlige univers for at forklare mørkt stof, mens de samtidig kan afhjælpe nogle af de mest grundlæggende problemer i elementarpartiklernes fysik, såsom den store uoverensstemmelse mellem energiskalaen for svage interaktioner og gravitationsinteraktionernes.

Ingen sten vendt

Selvom en sådan naturlig løsning lyder som en meget god idé, ingen af ​​de mange eksperimentelle strategier, der blev udført for at søge efter WIMP'er, har fundet overbevisende beviser for deres eksistens. I deres papir, Bertone og Tait argumenterer for, at det derfor er på tide at gå ind i en ny æra i jagten på mørkt stof - en æra, hvor fysikere udvider og diversificerer den eksperimentelle indsats, forlader, som de siger "ingen sten er uændret".

Det, der gør den aktuelle tid moden til en sådan udvidet søgning, er, at der allerede findes flere søgemetoder til en så bredere søgning eller er ved at blive afsluttet. Bertone og Tait peger især på astronomiske undersøgelser, hvor små effekter i form af galakser, af det mørke stof haloer omkring dem, og af det tyngdekraftigt bøjede lys, der kommer omkring dem, kan observeres for at lære mere om mørkt stofs potentielle karakter. Ud over, de nævner den nye metode til at observere gravitationsbølger, udført med succes for første gang i 2016, som et meget nyttigt værktøj til at studere sorte huller - enten som kandidater til mørkt stof selv, eller som objekter med en fordeling af andre kandidater til mørkt stof omkring sig. Kombination af disse moderne metoder med traditionelle søgninger i partikelacceleratorer bør give søgen efter mørkt stof et stort løft i den nærmeste fremtid.