Natuurkundigen van de Universiteit van Sheffield en de Universiteit van Indiana stellen een nieuwe theorie voor die donkere materie koppelt aan een verborgen vijfde dimensie, wat suggereert dat de ongrijpbare aard ervan kan worden toegeschreven aan de geometrie van deze extra dimensie. De studie, gepubliceerd in Physical Review D, onthult dat donkere materie naast een theoretisch deeltje dat bekend staat als een donker foton in deze verborgen dimensie kan bestaan.
Dit model introduceert het concept van ‘resonantie van donkere materie’, dat optreedt wanneer de massa van donkere materiedeeltjes precies uitgelijnd is zoals voorgeschreven door de vorm van de vijfde dimensie. Dit uitlijningsfenomeen wordt vergeleken met een muziekinstrument dat op de juiste frequentie trilt. In tegenstelling tot eerdere modellen die fijnafstemming van deeltjesmassa’s vereisten, beweert het team van Sheffield dat hun theorie dergelijke aanpassingen niet noodzakelijk maakt, omdat de resonantie op natuurlijke wijze voortkomt uit het wiskundige raamwerk van de extra dimensie.
De onderzoekers leggen uit dat deze resonantie de interacties met donkere materie kan versterken tijdens specifieke tijdperken in de kosmische geschiedenis, met name in het vroege heelal, terwijl de huidige vrijwel inerte toestand ervan wordt verklaard. Dr. Yu-Dai Tsai, die de studie leidde, verklaarde: “Veel eerdere resonante modellen voor donkere materie hebben de resonantie als een aanname behandeld. Dit werk geeft er een mogelijk diepere oorsprong voor: de resonantie kan rechtstreeks voortkomen uit de geometrie van verborgen dimensies.”
Dit theoretische raamwerk verbindt twee belangrijke uitdagingen in de fundamentele natuurkunde: de aard van donkere materie en het mogelijke bestaan van extra ruimtelijke dimensies. Als gevolg hiervan biedt de theorie natuurkundigen nieuwe experimentele voorspellingen die toekomstig onderzoek kunnen helpen. “Ons onderzoek geeft natuurkundigen duidelijke nieuwe doelen in de zoektocht naar donkere materie, terwijl ze twee van de grootste ideeën in de fundamentele natuurkunde met elkaar verbinden”, voegde Tsai eraan toe.
Het artikel bouwt voort op eerdere onderzoeken naar massaresonantiestructuren in extra-dimensionale modellen, en werd begin 2025 voor het eerst als voordruk gepubliceerd. De Universiteit van Sheffield heeft zichzelf gevestigd als een belangrijke speler in het onderzoek naar donkere materie en publiceerde eerder in Nature Astronomy over interacties tussen donkere materie en neutrino’s.
