Lancering van GAPS Spectrometer in Antarctica: Jacht op Antimaterie en Duistere Materie

Op 16 december 2025 is vanuit de uitgestrekte ijsvlaktes van Antarctica een wetenschappelijke expeditie van start gegaan. Deze missie maakt gebruik van een grote wetenschappelijke ballon, specifiek ontworpen voor de opsporing van zeldzame kosmische antimaterie-kernen. Het instrument, bekend als de General Antiparticle Spectrometer (GAPS), werd gelanceerd als onderdeel van NASA's jaarlijkse campagne voor langdurige ballonvluchten. De startbasis was nabij het McMurdo Station, dat wordt beheerd door de Amerikaanse National Science Foundation, en ligt op het Ross-ijsplateau.

Het primaire doel van deze missie is het bereiken van een operationele hoogte van 120.000 voet, wat neerkomt op ongeveer 36 kilometer boven de aardoppervlakte. Op deze hoogte zorgt de ijle atmosfeer voor ideale omstandigheden voor de detectie van deeltjes. Het GAPS-experiment is nauwkeurig afgesteld om anti-deuteronen te registreren. Deze deeltjes zouden het eerste indirecte bewijs kunnen leveren voor de corpusculaire aard van donkere materie, waarvan men schat dat deze meer dan 80% van de totale massa in het heelal uitmaakt. De succesvolle lancering, die plaatsvond om 5:30 uur Nieuw-Zeelandse standaardtijd op 16 december, markeert de aftrap van observaties die meerdere weken zullen duren terwijl de ballon rond het continent circuleert.

GAPS maakt gebruik van een baanbrekende methode om anti-deeltjes te identificeren. Deze techniek berust op de vorming van een exotische atoomstructuur, gevolgd door de uiteenvalling ervan onder uitzending van röntgenstraling. Vervolgens wordt het pion-proton spoor van de annihilatie geregistreerd. Dit concept onderscheidt zich van experimenten met magnetische spectrometers door een superieure gevoeligheid voor laagenergetische anti-deeltjes, zoals anti-protonen en anti-deuteronen. Tegelijkertijd biedt het een aanzienlijke onderdrukking van achtergrondruis. De lage geomagnetische afsnijding van de rigiditeit nabij de Zuidpool verhoogt de gevoeligheid van het instrument verder voor die laagenergetische anti-deuteronen, precies het bereik waarin veel theorieën over donkere materie hun aanwezigheid voorspellen.

Het GAPS-project is het resultaat van een brede internationale samenwerking. De ontwikkeling werd geleid door de Universiteit van Hawaï in Manoa, met actieve deelname van instellingen zoals Columbia University, de University of California in Los Angeles en Northeastern University, aangevuld met partners uit Japan, Italië en China. Professor Philip von Doetinchem, de projectleider, benadrukte dat dit experiment Hawaï in de voorhoede plaatst van het ontrafelen van een van de grootste mysteries in de hedendaagse natuurkunde. Eerdere technologische validaties omvatten concepttests bij de KEK-versneller in Japan in 2005, gevolgd door een succesvolle vluchttest van een prototype (pGAPS) in juni 2012.

Deze specifieke missie maakt deel uit van een grotere campagne van NASA. Binnen dezelfde campagne is ook de PUEO-sonde (Payload for Ultrahigh Energy Observations) gelanceerd. PUEO is het eerste project dat is geselecteerd onder NASA's 'Astrophysics Pioneers'-programma, dat gericht is op het ondersteunen van veelbelovend onderzoek tegen lagere kosten. Waar PUEO zich richt op de detectie van neutrino's, concentreert GAPS zich op antimaterie. Dit toont een veelzijdige aanpak in het onderzoek naar het universum. De dataverzameling, die naar verwachting enkele weken zal duren, zal ongekende beperkingen opleggen aan modellen van donkere materie. De resultaten van GAPS zullen óf leiden tot de eerste onomstotelijke ontdekking van een kosmisch anti-deuteron, óf een breed scala aan modellen die de generatie ervan voorspellen, uitsluiten.