Nyt forslag fra fysikerne: Sådan kan vi finde universets mystiske mørke stof
Mørkt stof udgør 80-85 pct. af alt stof i universet. Alligevel har ingen endnu direkte observeret det. Fysikere foreslår nu en ny måde at lede efter det mystiske mørke stof på: Vi skal ikke kun kigge efter mørke partikler, men også mørk stråling.
Forskerne kender kun en lille del af universets stof. Langt størstedelen er såkaldt mørkt stof – et usynligt stof, som ingen apparater eller detektorer endnu har haft held til at indfange eller registrere. Fysikere kan dog beregne, at det findes i enormt store mængder, og at det er overalt omkring os.
Mørkt stof er absolut værd at lede efter, mener forskere fra Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3), Institut for Fysik, Kemi og Farmaci.
"Det er svært at forudsige, hvad vi kan bruge det til, hvis vi finder det, men det vil revolutionere vores verden. Tænk på dengang, kvantemekanikken blev opdaget: Først blev det betragtet som en kuriositet. I dag spiller kvantemekanikken en vigtig rolle i computere,” siger postdoc Ian Shoemaker, der tidligere var ved CP3, men nu er ved Penn State University, USA.
Mange forgæves forsøg
Lige siden eksistensen af mørkt stof blev påvist, har der har været mange forsøg på at finde mørke partikler, og nu kommer Shoemaker og hans kolleger, lektor Mads Toudal Frandsen fra CP3 og John F. Cherry, postdoc fra Los Alamos National Laboratory, USA, med et nyt forslag. De beskriver deres idé i tidsskriftet Physical Review Letters.
Der findes allerede flere forskellige slags detektorer, der leder efter mørkt stof. På Jorden er de placeret i miner dybt under jordens overflade, hvor påvirkningen fra forstyrrende baggrundsstøj er begrænset. Håbet er, at en af dem en dag vil fange en mørk partikel, mens den passerer gennem Jorden.
Ifølge de tre forskere er det ikke umuligt at fange en mørk partikel på denne måde, men det er heller ikke garanteret. Der er nemlig ret langt mellem de mørke partikler i vores del af universet. 
Det handler om mørk stråling
"Så hvis vi supplerer med en anden måde at lede efter mørkt stof på - den måde, vi foreslår - vil det øge chancerne for at finde det i de underjordiske eksperimenter,” siger Ian Shoemaker.
Forskerholdet foreslår at lede efter signaler fra mørkt stofs aktivitet – snarere end at lede efter selve de mørke partikler.
At lede efter signaler fra mørkt stofs aktivitet giver mening, hvis man tror på teorien om, at mørke partikler kan danne såkaldt mørk stråling.
”Når to mørke partikler mødes, vil de tilintetgøre hinanden og dermed skabe stråling. I dette tilfælde vil der så være tale om mørk stråling, og mørk stråling kan påvises af de eksisterende underjordiske detektorer,” forklarer Shoemaker.
Vi skal også kigge i Mælkevejen
Faktisk er forslaget om at fange stråling fra mørkt stof ikke nogen ny idé. Flere steder i rummet er satellitbaserede eksperimenter allerede i gang med det. Det sker blandt andet i centrum af vores galakse, Mælkevejen. Solen kan også være et relevant område at lede i.
"Det giver mening at lede efter stråling fra mørkt stof visse steder i rummet, hvor tætheden af mørkt stof er meget høj – det skal være meget tættere end på Jorden", forklarer forskerne og tilføjer:
"Hvor der er en overflod af mørkt stof, må vi forvente at mange mørke partikler kolliderer og skaber stråling."
Ingen af de satellitbaserede eksperimenter har dog endnu opdaget stråling fra mørkt stof.
Find mørkt stof
Fysikerne forsøger at finde mørkt stof på tre forskellige måder:
- Lav det selv. Lad partikler kollidere og håb på, at mørkt stof bliver produceret. Prøvet i partikelacceleratorer. Endnu ingen succes.
- Knus det. Lad to mørke partikler mødes og producere stråling. Dette kan kun lade sig gøre, hvor det mørke stof er så tæt, at det rent faktisk bliver sandsynligt, at to mørke partikler finder hinanden og kolliderer. Endnu ingen succes.
- Vent på det. Opsæt detektorer og vent på, at de fanger mørke partikler eller signaler fra mørk stråling. Endnu ingen succes.
Ifølge Shoemaker, Frandsen og Cherry kan årsagen være, at de satellitbaserede eksperimenter leder efter de forkerte signaler.
"De traditionelle satellitbaserede eksperimenter søger efter fotoner, fordi de forventer at mørke partikler bliver til fotoner, når de kolliderer. Men hvis mørkt stof forvandles til mørk stråling, så er det håbløst at lede efter fotoner."
I universets barndom, da alt stof stadig var ekstremt tæt, var det ikke usandsynligt, at mørke partikler ustandseligt kolliderede og blev til stråling hele tiden. Sådan opførte almindeligt stof sig, så det er ikke usandsynligt, at mørkt stof opførte sig på samme måde, hævder forskerne.
Foto øverst I denne mine i South Dakota, USA, er der bygget en forskningsstation omkring en detektor, der leder efter mørkt stof. Eksperimentet hedder LUX, og foregår knap 1500 meter under jordens overflade. Credit: Matt Kapust, Sanford Underground Research Facility.
Foto nederst Detektoren i LUX eksperimentet. Credit: Matt Kapust, Sanford Underground Research Facility.
Kontakt Lektor Mads Toudal Frandsen, telefon 6550 4521, e-mail: frandsen@cp3.dias.sdu.dk. Postdoc Ian Shoemaker, e-mail: shoemaker@psu.edu.
Ref Direct Detection Phenomenology in Models Where the Products of Dark Matter Annihilation Interact with Nuclei, John F. Cherry, Mads T. Frandsen, and Ian M. Shoemaker. Phys. Rev. Lett. 114, 231303.