De afgelopen tijd heb ik in de auto naar het audioboek Parallel Worlds van Michio Kaku geluisterd. In dit (audio)boek legt dr. Kaku uit hoe de afgelopen honderd jaar de theorieën over het ontstaan van het heelal zijn veranderd. Het gaat over hoe men tot de big bang theorie kwam, vervolgens op string theorie en nu zijn we bij de zogeheten M-theorie. Kaku vertelt ook hoe wetenschappers rond de jaren '90 er achter kwamen dat het heelal uitdijt en hoe snel. Men kon op basis van de geschatte massa van materie die uitdijing niet verklaren.
Men kwam er langs deze weg achter dat 4% van het heelal bestaat uit materie. Dus 4 procent van het heelal bestaat uit jij en ik, de planeten, sterren, zwarte gaten, allerlei exotische astronomische objecten en een heleboel stof en gas. De rest konden bestaande theorieën niet verklaren en wetenschappers vonden dat eigenlijk behoorlijk gênant. Het probleem werd voorlopig geparkeerd als donkere materie en donkere energie. (Energie is volgens E=mc² uitwisselbaar met materie, vandaar dat donkere energie in deze statistiek ook onder massa valt). Volgens waarnemingen van de WMAP satelliet moest er zo'n 22% donkere materie en 74% donkere energie zijn. Maar wat dat was, daar konden we alleen maar naar gissen.
Er zijn allerlei experimenten op touw gezet om donkere materie en donkere energie te vinden. Hier en daar zijn al wat resultaten geboekt, maar nog niet in die mate dat het herhaalbaar is. En veel experimenten vonden nog nada, niks, noppes. Halverwege april nog wist het team achter de XENON100 detector, die diep onder de Gran Sasso berg in Italië zijn werk doet, te vertellen dat de detector in honderd dagen exact drie detecties heeft gedaan, waarvan er twee terug te voeren waren tot ruis. Dus wetenschappelijk gezien is ook hier nog niets gevonden wat je zou kunnen herhalen.
Vrijdag wordt echter een kansrijk experiment gelanceerd naar ruimtestation ISS op de een-na-laatste shuttle missie, STS-134. Het experiment heet de Alpha Magnetic Spectrometer-2 (AMS-02). Als donkere materie bestaat, dan verwacht men dat AMS-02 het gaat ontdekken en dat niet alleen. Eigenlijk weet men helemaal niet wat AMS-02 nog meer voor deeltjes in de kosmos gaat tegenkomen.
 |
| De Alpha Magnetic Spectrometer-02 op Kennedy Space Center (foto NASA). |
AMS-02 is net als de detector van een deeltjesversneller, zoals de ATLAS detector van de Large Hadron Collider. De baan van door de magneet vliegende deeltjes wordt afgebogen door het elektromagnetisch veld en uit de mate van afbuiging kunnen we leren wat voor soort deeltje het was. AMS-02 heeft acht verschillende detectors die gegevens over de deeltjes moeten gaan verzamelen.
In tegenstelling van de ATLAS detector, heeft AMS-02 geen supergeleidende magneet. Dat had men oorspronkelijk wel gewild, maar men kwam er bij tests achter dat er verhitting ontstond in het gekoelde magneetsysteem en men heeft niet kunnen achterhalen waarom. Uiteindelijk werd besloten een permanente magneet te installeren. Dit is een magneet met 1,1 meter doorsnede, en 0,8 meter hoogte. De hele magneet bestaat uit 6000 blokjes van neodynium-ijzer-boor, het sterkste magnetische materiaal op Aarde. De detector weegt alles bij elkaar bijna 7000 kg. Voordeel van deze magneet is dat hij in ieder geval blijft werken tot 2020, als ISS met pensioen zou moeten gaan.
Nu hoor ik je vragen: een donkere materie-experiment met een enorme magneet aan boord van een ruimteschip. Kan dat zomaar en waarom wordt AMS-02 aan het ruimtestation ISS gehangen? De presskit van missie STS-134 verzekert me dat buiten AMS-02 je eigenlijk niets voelt van het magnetisch effect. De reden dat AMS-02 aan ISS hangt, is omdat ISS met zijn enorme zonnepanelen het instrument kan voorzien van stroom.
 |
| Commandant Mark Kelly van de STS-134 missie (liggend) en professor Sam Ting, hoofdonderzoeker van AMS-02 (en nobelprijswinnaar). |
Er is in ieder geval wel een belangrijke reden om dit experiment in de ruimte te doen. In de ruimte komen kosmische deeltjes voor, die het aardoppervlak nooit bereiken. Met AMS-02 kunnen op Aarde gemiddeld 400 deeltjes gedetecteerd worden. In de ruimte verwacht men er 25000 per seconde te vinden. Wat er zoal langs gaat komen, daar kan men nog naar raden.
Daarom alleen al is AMS-02 zo'n interessant experiment. AMS-02 is in staat de meest uiteenlopende deeltjes te vinden, of we ze nu al kennen of niet. Zo kan AMS-02 deeltjes vinden die een veel hogere energie hebben dan wij op Aarde in staat zijn te verkrijgen uit deeltjesversnellers als de LHC. Misschien vindt AMS-02 deeltjes waarvan we nu alleen bedacht hebben dat ze zouden moeten bestaan op grond van huidige theorieën, misschien niet. Ook kan AMS-02 antimaterie detecteren, mocht dat langskomen. Of er worden geheel nieuwe deeltjes gevonden die huidige theorieën op de proef stellen.
Toen president George W. Bush besloot dat het shuttle programma in 2010 zou stoppen, viel AMS-02 net buiten de boot. Het zou niet meer gelanceerd worden. Dankzij een stevige lobby van wetenschappers kreeg AMS-02 toch een extra vlucht. AMS-02 gaat het vrijdagavond om 21:47 gelanceerd worden op de laatste vlucht van de shuttle Endeavour. En gelukkig maar, want AMS-02 kan de natuurkunde veranderen.
Bronnen: de STS-134 press kit, de Alpha Magnetic Spectrometer site.
(Lees meer over STS-134 in dit uitgebreide artikel over de missie)
Geen opmerkingen:
Een reactie posten