Leidse natuurkundigen zoeken naar ultralichte donkere materie met een magnetisch zwevend deeltje
Is het mogelijk om subtiele trillingen te meten die worden veroorzaakt door donkere materie die door de aarde beweegt? Een team van Nederlandse en Amerikaanse natuurkundigen heeft een nieuwe manier gevonden om mogelijk voor het eerst donkere materie te meten. Ze lieten een microscopisch kleine magneet zweven in een supergeleidende behuizing, afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt (0 Kelvin).
Met deze relatief kleine, maar extreem gevoelige opstelling – gebouwd door professor Tjerk Oosterkamp en promovendus Dennis Uitenbroek van de Universiteit Leiden – is het mogelijk om subtiele trillingen te detecteren waarvan natuurkundigen denken dat ze veroorzaakt worden door golven van donkere materie die door de aarde bewegen.
Donkere materie is weliswaar niet zichtbaar, maar men denkt dat het het grootste deel van de massa in het heelal uitmaakt. Eén theorie stelt dat ultralichte donkere materie zich gedraagt als een continue golf, die ritmische krachten kan uitoefenen die alleen waarneembaar zijn met extreem gevoelige kwantuminstrumenten.
‘Onze aanpak brengt het detecteren van donkere materie in een geheel nieuw domein,’ zegt professor Tunnell van Rice University. ‘Door een kleine magneet te laten zweven in een wrijvingsvrije omgeving, geven we het de vrijheid om te bewegen als er iets tegen duwt.’
Deze studie is een samenwerking tussen Oosterkamp en Uitenbroek, en professor Christopher Tunnell en postdoconderzoeker Dorian Amaral van Rice University. Alle experimenten vonden plaats in het ultramicroscopielab van het Leids Instituut voor Natuurkunde. Rice University leverde het theoretische kader en voerde berekeningen uit op basis van de experimentele data.
Media-aandacht in de Verenigde Staten
De resultaten zijn gepubliceerd in Physics Review Letters.
Artikel door Sciencenews.com.
Artikel door APS.org on the 24th of June 2025 (link moet nog komen)
Kleinschalige onderzoeksopstelling
Normaal gesproken bouwen onderzoekers enorme en extreem dure installaties om naar donkere materie te zoeken. Denk bijvoorbeeld aan de LIGO-detector in de VS, die meerdere kilometers lang is. De opstelling die in Leiden wordt gebruikt, is veel kleiner én goedkoper.
-
De Leidse opstelling: vele malen kleiner dan de kilometerslange installaties die doorgaans voor onderzoek naar donkere materie worden gebouwd -
De Leidse opstelling: vele malen kleiner dan de kilometerslange installaties die doorgaans voor onderzoek naar donkere materie worden gebouwd
Steeds preciezer meten
Oosterkamp en Uitenbroek hielden de zwevende neodymiummagneet met ongelooflijke precisie in de gaten. ‘Onze zwevende magneet is 0,75 millimeter lang. Als hij zelfs maar beweegt ter grootte van een enkele waterstofkern, merken onze extreem gevoelige sensoren dat meteen,’ legt Dennis Uitenbroek uit.
Ondanks deze extreem gevoelige opstelling hebben ze nog geen bewijs gevonden voor het verwachte signaal van donkere materie. Maar: ze hebben wel de meest gevoelige krachtmeting ooit gedaan met een zwevende magneet in de zoektocht naar donkere materie.
Het team is nu van plan om de komende jaren stap voor stap de nauwkeurigheid van hun metingen verder te verbeteren. De nieuwe opstelling zal gebruik maken van zwaardere magneten, nog stabielere zweving en een breder frequentiebereik. ‘Onze toekomstige opstelling zal niet alleen beter luisteren, maar afgestemd zijn om dingen te horen waar we nog nooit eerder naar gezocht hebben,’ aldus Oosterkamp.
Een volledig nieuwe klasse van metingen
Het team test niet alleen een nieuwe theorie, maar legt ook de basis voor een geheel nieuwe klasse van metingen. Magnetische levitatie biedt een fundamenteel nieuw hulpmiddel om enkele van de grote vragen van het universum te beantwoorden — niet alleen over donkere materie, maar ook over de wereld van de kwantummechanica.