Hoogtechnologisch experiment verfijnt zoektocht naar mysterieuze donkere energie en de aard van de zwaartekracht

AmsterdamNatuurkundigen aan de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben een zeer nauwkeurig experiment ontwikkeld om te zoeken naar donkere energie. Donkere energie, 26 jaar geleden ontdekt, zorgt ervoor dat het universum steeds sneller uitdijt. Het doel van dit experiment is om eventuele afwijkingen van de huidige zwaartekrachtstheorie te vinden. Hier volgen enkele belangrijke details:

• Maakt gebruik van een atoominterferometer voor nauwkeurige zwaartekrachtmetingen
• Combineert een optisch rooster om atomen langer vast te houden
• Verbeterde eerdere metingen met een factor van vijf
• Het experiment kan atomen tot 70 seconden immobiliseren

De natuurkundige Holger Müller en zijn team onderzochten zwaartekracht op zeer kleine schaal met hun apparatuur. Ze ontdekten dat zwaartekracht zich precies gedroeg zoals door Isaac Newton werd voorspeld. Maar de verbeterde nauwkeurigheid van hun instrumenten zou op een dag kunnen helpen bij het bevestigen of weerleggen van het bestaan van een mogelijke vijfde kracht, die mogelijk gerelateerd is aan deeltjes bekend als chameleons of symmetrons.

Nieuwe technologie om kleine zwaartekrachteffecten te meten

Het team gebruikte een methode genaamd een lattice-atoominterferometer. Deze methode houdt atomen stil en meet kleine zwaartekrachteffecten over een langere periode. Door de atomen langer op één plek te houden, konden ze zeer kleine krachten detecteren. Deze technologie zou ook op zee kunnen worden gebruikt om de oceaanbodem te bestuderen.

Donkere energie werd in 1998 ontdekt door twee onderzoeksteams, waaronder Saul Perlmutter van UC Berkeley en Adam Riess. Zij ontdekten dat het universum sneller uitbreidt dan ze eerder dachten. Hoewel er veel theorieën zijn over donkere energie, blijft het fenomeen grotendeels een mysterie. Donkere energie vormt ongeveer 70% van het universum.

Lees ook:

Vandaag · 17:51

Koele daken en zonnepanelen: de Londense hitte aanpakken

In 2015 gebruikte Müller een atoominterferometer om te zoeken naar chameleon-deeltjes. Hij ontdekte geen veranderingen in de normale zwaartekracht. De cruciale stap was om elk atoom in een toestand met verschillende momenta te brengen en vervolgens het faseverschil te meten.

Tijdens hun recente experiment gebruikte het team van Müller een optisch rooster om atomen langer op hun plaats te houden, zelfs tijdens de COVID-19 pandemie. Postdoc Cristian Panda verlengde de houdtijd tot 70 seconden door de laser te stabiliseren en de temperatuur aan te passen.

Panda en Müller verbeterden hun metingen door de tijd te verkorten waarin ze 10.000 cesiumatomen in een vacuümkamer hielden. Ze verdeelden de atomen in kleine wolken, wat hen in staat stelde om zwaartekrachteffecten nauwkeuriger te meten.

Panda, assistent-professor aan de Universiteit van Arizona, heeft plannen om zijn eigen lattice atom interferometer te ontwikkelen. Tegelijkertijd werkt Müller’s team aan een nieuw apparaat met verbeterde trillingscontrole en lagere temperaturen. Dit nieuwe apparaat zou resultaten kunnen opleveren die 100 keer beter zijn, wat tot aanzienlijke vooruitgang kan leiden in het detecteren van de kwantumeigenschappen van zwaartekracht.

De Nationale Wetenschapsstichting, het Bureau voor Maritiem Onderzoek en het Jet Propulsion Laboratory financierden dit belangrijke onderzoek. Het onderzoeksteam bestond uit vele experts van verschillende instellingen.