Banenbrekend experiment brengt zoektocht naar donkere energie dichterbij

AmsterdamNatuurkundigen van UC Berkeley hebben de meest nauwkeurige experiment uitgevoerd om donkere energie te onderzoeken. Deze kracht zorgt ervoor dat het universum sneller uitzet. Wetenschappers zoeken naar nieuwe deeltjes die dit zouden kunnen veroorzaken. Ze vermoeden dat deze deeltjes chameleons of symmetrinen genoemd kunnen worden.

De nieuwe experimentele opstelling is op meerdere manieren baanbrekend:

• Het combineert een atoominterferometer voor nauwkeurige zwaartekrachtmetingen met een optisch rooster.
• De interferometer houdt vrije val van atomen vast voor enkele seconden in plaats van milliseconden.
• Het bereikt een vijfvoudige verbetering in precisie ten opzichte van voorgaande methoden.

Precieze metingen van zwaartekracht zijn niet het enige doel van dit onderzoek. De rooster-atoominterferometer kan ook worden ingezet voor:

• Het bouwen van gyroscopen
• Het creëren van versnellingsmeters
• Quantum sensing

Cristian Panda, de hoofdauteur en postdoctoraal onderzoeker, legt uit dat deze methode op zee gebruikt kan worden. Hierdoor is het mogelijk om de oceaanbodem in kaart te brengen omdat atomen op hun plaats blijven.

In 1998 begonnen wetenschappers met het zoeken naar donkere energie. Twee onderzoeksteams bestudeerden supernova's om hun afstand te meten. Ze ontdekten dat het universum sneller uitdijde dan verwacht. Deze ontdekking leverde hen in 2011 de Nobelprijs voor Natuurkunde op.

Donkere energie blijft ondanks talrijke theorieën een raadsel:

• De vacuümenergie van de ruimte
• Een energieveld dat quintessence wordt genoemd
• Een vijfde kracht gemedieerd door een kameleon-deeltje

Lees ook:

Vandaag · 02:08

Zeventiende-eeuwse pleegzorg gaf arme vrouwen zeggenschap

In 2015 paste Müller een atoominterferometer aan om naar chameleons te zoeken. Ze gebruikten cesiumatomen in een vacuümkamer. De resultaten toonden normale zwaartekracht zonder afwijkingen.

Het doel van het nieuwe experiment is om atomen langer stabiel te houden. Tijdens de COVID-19-pandemie verlengde Panda de houdbaarheidstijd tot 70 seconden. Hij loste problemen op zoals trillende laserstralen en paste de temperatuur aan. Deze veranderingen werden gerapporteerd in de uitgave van Nature Physics van juni 2024.

In hun recente experiment hebben ze de scheiding van atoomgolfpakketten vergroot door de bewaartijd te verkorten. Ze verspreidden ongeveer 10.000 cesiumatomen in groepen van 10 atomen met behulp van een optisch rooster. Vervolgens splitsen ze deze atoomgolfpakketten in kwantumsuperposities. Toen ze de pakketten weer samenbrachten, verzamelden ze informatie over zwaartekracht.

Panda gaat een nieuw apparaat ontwikkelen aan de Universiteit van Arizona. Het team van Müller werkt aan een verbeterd interferometer met geavanceerde controles, waardoor het 100 keer gevoeliger kan worden. Ze streven ernaar om kwantumaspecten van zwaartekracht te identificeren.

Dit experiment kan van groot belang zijn. Als het slaagt, zou het te vergelijken zijn met de onderzoek naar fotonenverstrengeling uit 1972 aan UC Berkeley. Stuart Freedman en John Clauser ontvingen in 2022 de Nobelprijs voor dat baanbrekende werk.

Dit project wordt gesteund door verschillende organisaties, waaronder de National Science Foundation, het Office of Naval Research en het Jet Propulsion Laboratory. De mede-auteurs komen van diverse universiteiten over de hele wereld, wat de teaminspanning achter dit belangrijke onderzoek benadrukt.