Supersymmetrie nog niet afgeschreven als verklaring voor mysterieuze donkere materie

Hoewel fysici al jaren tevergeefs zoeken, is er geen enkele reden om te twijfelen aan het bestaan van donkeremateriedeeltjes. Onderzoekers van de Radboud Universiteit stellen in een nieuw artikel op de voorpublicatiesite Arxiv dat supersymmetrie nog altijd een keurige verklaring biedt voor het bestaan van het mysterieuze spul.

Een samengestelde afbeelding van sterrenstelsels, gas en donkere materie. Bron: Nasa
Een samengestelde afbeelding van sterrenstelsels, gas en donkere materie. Bron: Nasa

Dat nog niemand donkeremateriedeeltjes heeft gevonden, betekent niet dat ze niet bestaan, stelt een groep deeltjesfysici van onder andere de Radboud Universiteit in Nijmegen. De fysici ontwikkelden een analysemethode die een bijna afgeschreven, maar elegante oplossing voor donkere materie, supersymmetrie (SUSY), nog eens tegen het licht hield. En wat bleek? De huidige detectoren zijn nog niet gevoelig genoeg om dit theoretische model te kunnen testen. Het is dus niet zo gek dat er niets gevonden is, vinden zij.

Daarmee blijft supersymmetrie overeind als mogelijke verklaring voor het raadsel van donkere materie. Maar liefst 85 procent van de materie in ons heelal lijkt te ontbreken. Het effect van de zwaartekracht van die ontbrekende massa is duidelijk te zien, maar de deeltjes waaruit die materie bestaat zijn nog nooit waargenomen. Al decennia lang wordt tevergeefs gezocht naar deze donkere materie. Het is dus niet gek dat sommige mensen op zoek gaan naar andere verklaringen. Theoretisch fysicus Erik Verlinde sprong hier eind vorig jaar bijvoorbeeld handig op in door een nieuwe verklaring te geven voor de zwaartekracht, zodat donkere materie niet langer nodig is om het raadsel van de missende massa op te lossen.

Vergeten modellen keren terug

Volgens de fysici is een dergelijke drastische aanpak echter niet nodig. Het oude idee van supersymmetrie voldoet nog altijd. ‘De allereerste SUSY-modellen zijn bijna helemaal uitgesloten’, zegt deeltjesfysicus Melissa van Beekveld van de Radboud Universiteit die bij het onderzoek betrokken is. ‘Daardoor denken veel mensen dat SUSY donkere materie niet kan verklaren. Maar die eerste modellen zijn te beperkt.’ Toen die modellen ontwikkeld werden, deden fysici allerlei aannames, omdat de computerkracht ontbrak om alle mogelijkheden te berekenen. Nu de onderzoekers toegang hebben tot betere computers kunnen zij uitgebreider uitzoeken of de meest populaire subcategorie van de supersymmetrie modellen, genaamd ‘natuurlijke’ SUSY-modellen donkere materie kunnen verklaren.

deeltjessafari
LEESTIP Lees alles over nog onontdekte deeltjes in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. Bestel het boek in onze webshop

Uit de analyses van de onderzoekers kwam een elegant SUSY-model naar voren dat een specifiek supersymmetrisch deeltje als beste kandidaat voor donkere materie aanwees. De eigenschappen van dit deeltje komen verrassend goed overeen met hints uit onafhankelijke metingen van onder andere het AMS-02 experiment, dat gemonteerd is aan het internationale ruimtestation ISS, en de Fermi Gamma-Ray Telescoop, die in een baan om de aarde draait. Beide zoeken indirect naar donkere materie.

De fysici stellen bovendien dat het op dit moment bij dat soort indirecte hints zal blijven. Uit hun berekeningen blijkt namelijk dat de huidige experimenten onvoldoende gevoelig zijn voor een directe meting.

Het is, met andere woorden, niet zo verrassend dat nog niemand een dergelijk deeltje heeft gezien. ‘We hebben aangetoond dat er geen problemen zijn met SUSY’, zegt deeltjesfysicus Sascha Caron van de Radboud Universiteit. ‘SUSY werkt nog steeds fantastisch en geeft je precies het donkeremateriedeeltje dat je wilt.’

Onwaarschijnlijke massa

SUSY-modellen zijn uitbreidingen op het standaardmodel van de deeltjesfysica, dat alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties beschrijft. Ze werden bedacht in de tweede helft van de twintigste eeuw en probeerden een simpele en elegante verklaring te geven voor donkere materie. Bovendien geven ze een verklaring voor de gemeten massa van het higgsdeeltje, die onwaarschijnlijk laag bleek. ‘De kans dat het higgsdeeltje deze massa heeft, is te vergelijken met de kans dat je vijf keer achter elkaar de Staatslotterij wint ’, zegt Van Beekveld. Daar worden natuurkundigen een beetje ongemakkelijk van. De natuurlijke SUSY-modellen geven echter een verklaring voor deze opmerkelijk lage massa, een extra reden waarom veel fysici hopen dat het SUSY-idee uiteindelijk in metingen zal worden bevestigd.

Donkere materie optimisme

Het Xenon1T experiment speurt naar donkere materie in het ondergrondse lab Gran Sasso in Italië
Het Xenon1T experiment speurt naar donkere materie in het ondergrondse lab Gran Sasso in Italië

De bevestiging waar fysici naar zoeken is de vondst van een SUSY-deeltje in een van hun experimenten – iets dat binnenkort al mogelijk is. ‘Als donkere materie bestaat uit de deeltjes die natuurlijke SUSY-modellen voorspellen, dan zal het in de komende jaren gevonden worden door Xenon1T’, zegt Caron. Xenon1T is een experiment in Gran Sasso dat net begonnen is met meten. Ook de ATLAS-detector van de deeltjesversneller LHC gaat naar zo’n donkeremateriekandidaat zoeken. ‘De eerste studies van ATLAS kunnen we al over een paar maanden verwachten’, zegt Van Beekveld.

Theoretisch fysicus Christopher McCabe van GRAPPA (GRavitation AstroParticle Physics Amsterdam), die niet bij het onderzoek betrokken was, is niet verrast door de resultaten. ‘Maar de methode die ze ervoor gebruiken is slim bedacht’. McCabe is naar eigen zeggen ‘heel optimistisch’ over het bestaan van een SUSY-deeltje dat donkere materie verklaart. ‘Met name omdat er geweldige experimenten zijn, zoals Xenon1T en de LHC, die dit kunnen testen. Pas als er over tien jaar nog niets gevonden is, word ik pessimistischer.’

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder:

Over de auteur

Dorine Schenk

Dorine Schenk is stagiair bij de redactie van New Scientist. Ze studeerde (astro-)deeltjesfysica aan de Universiteit van Amsterdam. Daarnaast schreef ze voor WRM Magazine en enkele andere media om zoveel mogelijk alle ontwikkelingen in de natuur- en sterrenkunde te mogen volgen. Volg haar op Twitter via @dorineschenk.



Plaats een reactie