Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van de Universiteit van Zürich en de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, heeft met het QROCODILE-experiment een ongekende gevoeligheid bereikt in de jacht op lichte deeltjes van donkere materie. Door gebruik te maken van supergeleidende detectoren, gekoeld tot temperaturen nabij het absolute nulpunt, hebben de onderzoekers nieuwe, wereldleidende limieten vastgesteld voor de interactie van lichte donkere materiedeeltjes met gewone materie. Deze resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Physical Review Letters.
Donkere materie, dat ongeveer 85% van de massa van het universum uitmaakt, blijft een van de grootste raadsels in de natuurkunde. Het is onzichtbaar en interageert niet met elektromagnetische straling, wat de detectie ervan extreem uitdagend maakt. Het QROCODILE-experiment (Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy) demonstreert een nieuwe aanpak voor de zoektocht naar 'lichte' donkere materiedeeltjes. De kern van het experiment wordt gevormd door een geavanceerde supergeleidende detector die in staat is extreem zwakke energieafzettingen te meten, tot wel 0,11 elektronvolt. Deze gevoeligheid is miljoenen keren lager dan de energieën die doorgaans worden geregistreerd in experimenten met elementaire deeltjesfysica, en opent nieuwe mogelijkheden om het bestaan van extreem lichte donkere materiedeeltjes te testen, met massa's die duizenden keren kleiner zijn dan die van eerdere experimenten.
Gedurende het wetenschappelijke experiment, dat meer dan 400 uur duurde bij temperaturen nabij het absolute nulpunt, registreerde het team een klein aantal onverklaarbare signalen. Hoewel deze gebeurtenissen nog niet definitief als manifestaties van donkere materie kunnen worden bevestigd – ze kunnen veroorzaakt zijn door kosmische straling of natuurlijke achtergrondstraling – maken ze het al mogelijk om nieuwe interactielimieten vast te stellen voor lichte donkere materiedeeltjes met elektronen en atoomkernen. Een bijkomend voordeel van het experiment is het vermogen om de richting van inkomende signalen te bepalen. Aangezien de aarde door de Melkweg beweegt, wordt verwacht dat donkere materiedeeltjes vaker uit één specifieke richting zullen komen.
Professor Yonit Hochberg van het Racah Institute of Physics aan de Hebreeuwse Universiteit, een van de leidende wetenschappers van het project, verklaarde: "Voor het eerst hebben we nieuwe limieten vastgesteld voor het bestaan van bijzonder lichte donkere materiedeeltjes. Dit is een belangrijke eerste stap naar grotere experimenten die uiteindelijk de langverwachte directe detectie zouden kunnen realiseren." De volgende fase van het project, NILE QROCODILE, zal de gevoeligheid van de detector verder verhogen en het experiment ondergronds verplaatsen om het te beschermen tegen kosmische straling. De mogelijkheid om de richting van donkere materiedeeltjes te bepalen, zoals het QROCODILE-experiment beoogt, is een belangrijke stap voorwaarts die kan helpen bij het onderscheiden van echte signalen van achtergrondruis, wat cruciaal is voor de definitieve ontdekking van donkere materie.