Hoe een donkere energiedetector te bouwen

Het idee van donkere energie is eigenaardig, zelfs naar kosmologische maatstaven.

Kosmologen hebben ons het idee opgedrongen om de schijnbaar versnelde uitdijing van het heelal te verklaren. Ze zeggen dat deze versnelling wordt veroorzaakt door energie die de ruimte vult met een dichtheid van 10^-10 joule per kubieke meter.

Het vreemde aan dit idee is dat naarmate de ruimte groter wordt, ook de hoeveelheid energie toeneemt. Als je de fout in dit argument hebt opgemerkt, ben je niet de enige. Het vergeten van de wet van behoud van energie is geen geringe vergissing.

Wat we nodig hebben is een andere manier om donkere energie te bestuderen, idealiter in een laboratorium op aarde. Vandaag suggereren Martin Perl van Stanford University en Holger Mueller verderop aan de University of California, Berkeley, zo'n experiment.

De donkere energiedichtheid klinkt misschien klein, maar Perl en Mueller wijzen erop dat natuurkundigen routinematig velden meten met veel kleinere energiedichtheden. Een elektrisch veld van 1 Volt per meter heeft bijvoorbeeld een energiedichtheid van 10^-12 joule per kubieke meter. Dat is gemakkelijk te meten op aarde.

Natuurlijk zijn er enkele belangrijke verschillen tussen een elektrisch veld en het donkere energieveld die metingen lastig maken. Niet in de laatste plaats is dat je donkere energie niet kunt uitschakelen. Een andere is dat er geen bekende referentie is om het te meten.

Dat laat de mogelijkheid van een gradiënt in het donkere energieveld. Als er zo'n gradiënt is, zou het mogelijk moeten zijn om het effect ervan te meten en de beste manier om dit te doen is met atoominterferometrie, zeggen Perl en Mueller.

Atoominterferometrie meet de faseverandering die wordt veroorzaakt door het verschil in twee banen van een atoom in de ruimte. Dus als er een gradiënt in dit veld bestaat, zou het mogelijk moeten zijn om deze te herkennen door de effecten van alle andere krachten op te heffen. Perl en Mueller stellen voor om elektromagnetische krachten uit te filteren met conventionele schilden en twee atoominterferometers te gebruiken om het effect van zwaartekracht op te heffen.

Dat moet metingen met ongekende nauwkeurigheid mogelijk maken. Experimenten met interferometers met één atoom hebben de zwaartekracht van de aarde al gemeten met een nauwkeurigheid van 10 ^ -9. De dubbele interferometertechniek zou dit moeten verhogen tot minimaal 10^-17.

Dat is een heel spannend experiment dat met de huidige technologie binnen handbereik lijkt te zijn.

Er zijn twee potentiële vliegen in de zalf van Perl en Mueller. De eerste is dat de aard van donkere energie volledig onbekend is. Als het bestaat en als er een gradiënt is, is het geenszins zeker dat donkere energie überhaupt een kracht op atomen zal uitoefenen. Dat laat hen de eindeloze taak over om steeds strakkere grenzen te stellen aan de omvang van een niet-bestaande strijdmacht.

De tweede is dat een andere onbekende kracht de kop opsteekt in dit regime en de metingen overspoelt. Als dat gebeurt, is het moeilijk voor te stellen dat Perl en Mueller te overstuur zijn. Dat is het soort ontdekking dat een glimlach op het gezicht van elke natuurkundige zou moeten toveren.

Referentie: arxiv.org/abs/1001.4061 : Onderzoek naar de mogelijkheid om donkere energie te detecteren in een terrestrisch experiment met behulp van atoominterferometrie

zich verstoppen