Waarom is 85 procent van het heelal nog onzichtbaar?

De kop koffie in je handen, de lucht die je zojuist uitademt – noem het en we kunnen je vertellen waar het uit bestaat. De wetenschap heeft de kleinste deeltjes van een molecuul weten te ontrafelen. Want moleculen bestaan uit atomen en die kun je opdelen in protonen, neutronen en elektronen. En zelfs die kun je nog verder opdelen in nóg kleinere deeltjes. Niks lijkt ons meer onbekend zou je zeggen.

En tóch worstelen natuurkundige al jarenlang met één groot raadsel: donkere materie. Donkere materie is de naam die we geven aan spookdeeltjes waarvan het bestaan nog nooit bewezen is. We hebben geen idee hoe het eruit ziet, hoe zwaar het is en wat het precies doet. Een vreemd mysterie, want waarom zou je zoeken naar deeltjes waarvan je het bestaan niet weet?

Toch is Melissa overtuigd dat het bestaat. Simpelweg omdat er te veel dingen in het heelal niet te verklaren zijn. Als we kijken naar een sterrenstelsel, zien we dat sterren in mooie banen rondom één middelpunt blijven draaien. De zwaartekracht zorgt ervoor dat deze sterren niet uit hun baan schieten. Maar hier gaat het mis. De bekende formule van de zwaartekrachttheorie van Einstein kan niet verklaren waarom deze sterren in hun baan blijven draaien. Er is te weinig massa om de rotatie van sterren te beschrijven. Donkere materie, onzichtbare deeltjes mét een bepaalde massa, zou dit raadsel kunnen verklaren.

Maar om het raadsel te verklaren, moet je die onzichtbare deeltjes eerst vinden. Daar zijn onderzoekers dan ook hard naar op zoek. Dat we niet zo goed weten waar we precies naar zoeken, maakt het onderzoek er niet makkelijker op. Groot onderzoek wordt gedaan met behulp van de deeltjesversteller van Cern in Zwitserland. Deeltjes worden hier met een immense snelheid op elkaar afgeschoten. Zodra ze met een gigantische kracht tegen elkaar aan botsen, veranderen ze letterlijk van uiterlijk. Deeltje A verandert zo in deeltje B. Onderzoekers hopen dat ze met deze methode bij toeval een keer een deeltje donkere materie kunnen creëren.

Onderzoekers bestuderen deze deeltjes door het gewicht van de deeltjes vóór de botsing te vergelijken met het gewicht van de nieuwe deeltjes ná de botsing. Dit gewicht zal altijd gelijk blijven. Maar stel dat het gewicht is veranderd, dan hebben de onderzoekers een deeltje gemist dat ze niet kunnen zien maar wel kunnen wegen. En dat onzichtbare deeltje zou wel eens donkere materie geweest kunnen zijn. Nu is dit een vrij lastige manier van onderzoek doen. Het berust op toeval – dat deeltje donkere materie moet spontaan gecreëerd zien te worden. Daarbij komt: één goed resultaat is niet voldoende. De detector zou wel eens kapot kunnen zijn.

Toch blijven natuurkundige hoop houden. Want als we het eindelijk vinden, zouden we zoveel meer van onze kunnen wereld begrijpen…

Dit is een wekelijkse bijdrage van de Universiteit van Nederland.

De Universiteit van Nederland heeft vanaf nu ook een podcast. Vind ze terug op Spotify (http://bit.do/UvNL-Spotify) en iTunes (http://bit.do/UvNL-iTunes).