Recent onderzoek van het Nationaal Centrum voor Nucleair Onderzoek in Polen wijst op een mogelijke interactie tussen neutrino’s – vaak ‘spookdeeltjes’ genoemd – en donkere materie, twee van de meest mysterieuze componenten van het heelal. Kosmologen hebben ontdekt dat de huidige waarnemingen beter aansluiten bij een model waarin deze ongrijpbare entiteiten zwak op elkaar inwerken, waardoor mogelijk een al lang bestaande kosmische puzzel wordt opgelost.
Het probleem met het standaardmodel
Hoewel het standaard kosmologische model in veel opzichten succesvol is, heeft het moeite om de verdeling van de materie in het heelal volledig te verklaren. Wanneer wetenschappers data uit het vroege heelal – zoals de kosmische microgolfachtergrond (CMB) en baryonale oscillaties (BAO) – extrapoleren naar het heden, ontdekken ze discrepanties. De voorspelde klonterigheid van materie komt niet overeen met wat we waarnemen. Dit is niet noodzakelijkerwijs een teken dat het model fout is, maar het suggereert dat het mogelijk onvolledig is.
Waarom dit ertoe doet: De CMB vertegenwoordigt het vroegste licht dat ongeveer 380.000 jaar na de oerknal vrijkwam, terwijl BAO oude structuren zijn die bevroren zijn in de tijd. Deze bieden momentopnamen van het vroege heelal. Als ze zich niet verenigen met de hedendaagse materieverdeling, impliceert dit dat er iets fundamenteels ontbreekt in ons begrip van de kosmische evolutie.
Neutrino’s en donkere materie: de ontwijkende spelers
Zowel neutrino’s als donkere materie hebben zelden interactie met andere materie. Neutrino’s, geproduceerd in sterren en supernova’s, zijn er in overvloed, maar gaan toch bijna onopgemerkt door alles heen. Ze hebben een minimale massa en geen elektrische lading. Donkere materie heeft daarentegen helemaal geen interactie met gewone materie, behalve door zwaartekracht. Het bestaan ervan wordt afgeleid uit de zwaartekrachteffecten op sterrenstelsels en de ruimtetijd, wat erop wijst dat het ongeveer 85% van de materie in het heelal uitmaakt.
Het idee dat deze twee ontwijkende stoffen met elkaar kunnen interageren is niet nieuw; theorieën bestaan al sinds het begin van de jaren 2000. Recente bevindingen, onder leiding van natuurkundige Lei Zu, bieden echter sterker bewijs dan ooit tevoren.
Nieuwe bevindingen: een drie-sigma-signaal
Het onderzoeksteam combineerde CMB, BAO en gegevens van de Dark Energy Survey, een project dat de distributie van donkere materie en energie in kaart brengt. Door simulaties uit te voeren met en zonder verstrooiing van neutrino-donkere materie, ontdekten ze dat het gesimuleerde heelal, door de interactie erbij te betrekken, meer op het onze leek.
De statistische significantie bedraagt momenteel 3 sigma – geen definitief bewijs, maar sterk genoeg om verder onderzoek te rechtvaardigen. Dit resultaat komt overeen met eerdere hints en suggereert dat de interactie, indien bevestigd, een doorbraak zou kunnen zijn.
‘Als deze interactie tussen donkere materie en neutrino’s wordt bevestigd, zou dit een fundamentele doorbraak betekenen’, zegt theoretisch natuurkundige William Giarè. “Het zou niet alleen nieuw licht werpen op een aanhoudende mismatch tussen verschillende kosmologische sondes, maar deeltjesfysici ook een concrete richting geven voor laboratoriumexperimenten.”
Implicaties en toekomstig onderzoek
Indien bevestigd, zou deze interactie kunnen helpen het Standaard Kosmologische Model te verfijnen, waardoor zwakke verstrooiing tussen neutrino’s en donkere materie mogelijk wordt. Belangrijker nog is dat het een tastbare richting biedt voor deeltjesfysici die de ware aard van donkere materie willen begrijpen.
Het onderzoeksteam erkent dat verder onderzoek nodig is. Zoals Sebastian Trojanowski van het Poolse Nationale Centrum voor Nucleair Onderzoek stelt, zullen rigoureuze tests vereisen dat verder wordt gegaan dan de standaardbenaderingen in de deeltjeskosmologie. De zoektocht om deze kosmische mysteries te ontrafelen gaat door, en het zwakke gefluister van op elkaar inwerkende spookdeeltjes zou de sleutel kunnen zijn.
Het huidige bewijs suggereert dat deze twee ontwijkende entiteiten misschien niet zo geïsoleerd zijn als eerder werd gedacht, wat duidt op een diepere verbinding binnen de structuur van het universum.
