Credit: Jill Wellington/Pixabay.
Een maand geleden werd in een bijeenkomst van de American Physical Society (APS) in Denver (Colordado, VS) een presentatie gegeven door Matthew M. Szydagis (University at Albany, State University at New York) – hier te bekijken. Strekking van de presentatie: laten we proberen om donkere materie, de mysterieuze onzichtbare materie waar 85% van alle materie in het heelal uit bestaat, te detecteren met behulp van supergekoeld water in een zogeheten ‘sneeuwbal kamer’.
De sneeuwbal kamer. Credit: Szydagis et al.
Superkoeling of onderkoeling is het afkoelen van een vloeistof tot beneden haar kristallisatiepunt, de temperatuur waarbij het een vaste toestand krijgt. Dat kan als die vloeistof, bijvoorbeeld water, zeer zuiver is, zonder ‘structurele onregelmatigheden’. Water dat onder 0 graden Celcius wordt gebracht bevriest normaal gesproken en dat komt door kristallisatiekernen, kleine onregelmatigheden, zoals stofdeeltjes. Rondom zo’n ‘nucleation site’, zoals het in het Engels wordt genoemd, bevriest het water. Maar puur, zuiver water zonder die kernen kan vloeibaar blijven bij veel lagere temperaturen en dat heet superkoeling. Als aan een onderkoelde vloeistof plotseling een kristallisatiekern wordt toegevoegd of ze flink wordt bewogen, zal ze zeer snel bevriezen, zoals je ziet in de video hieronder.
OK, maar wat is dan de link met de detectie van donkere materie, wat met alle gaande experimenten over de hele wereld maar niet lukt? Welnu, supergekoeld water kan niet alleen snel bevriezen door macroscopisch grote kristallisatiekernen, het blijkt dat ook neutronen dat kunnen teweegbrengen, de elektrisch neutrale subatomaire deeltjes. En aangezien die in theorie zouden kunnen reageren met deeltjes donkere materie (WIMP’s geheten – weakly interactive massive particles) via een proces dat ‘nuclear recoil’ wordt genoemd zou men met supergekoeld water mogelijk die WIMP’s kunnen detecteren.
Het idee is: als zo’n WIMP reageert met een neutron in één van de atoomkernen in het ijskoude water dan beweegt die even en dat zorgt voor een snelle, spontane bevriezing van het water. Szydagis’ team heeft nu een sneeuwbal kamer gebouwd – de naam is bedacht door de vrouw van Szydagis, de taalkundige Kel Szydagis. Met die detector hopen ze vooral WIMP’s met lage massa te kunnen detecteren. Hier het vakartikel waarin meer over deze bijzondere methode om donkere materie te detecteren wordt verteld. Bron: Astronomy.
