Het is lastig zoeken naar een zwarte kat in een donkere kamer

In de komende tien jaar zal een revolutie uitbreken in de natuurkunde. Dat verwachten vele natuurkundigen en kosmologen, en dat verwacht ook theoretisch fysicus Gianfranco Bertone, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Amsterdam en auteur van het deze week verschenen Behind the Scenes of the Universe.

Waarin die revolutie zal uitmonden is onzeker. Maar iedereen uit het vak weet wat hem aanzwengelt: donkere materie. De raadselachtige, onzichtbare materie dus die sterren in toom houdt in sterrenstelsels, die sterrenstelsels groepeert in clusters, en die clusters van sterrenstelsels aaneen rijgt tot gigantische galactische structuren.

De bewijzen voor zo’n onzichtbaar ‘geraamte’ stapelen zich nog altijd op: van de metingen aan de bewegingen van sterren en sterrenstelsels uit de jaren dertig van de vorige eeuw, tot aan de recente supergedetailleerde opnames van de kosmische achtergrondstraling waarmee kosmologen de balans van het heelal opmaken.

En ja, volgens de meest gangbare interpretatie maakt dat uit donkere materie samengestelde geraamte zelfs het leeuwendeel (85 procent) van alle materie in de kosmos uit. Zoals Bertone schrijft: de materie waaruit mensen bestaan, is in de kosmos veruit in de minderheid. ‘We zijn als kleine diamanten in de diepte van een donkere berg.’

Toch klinkt steeds vaker ook de vraag: is die donkere berg er wel echt? Bestaan er inderdaad donkere-materiedeeltjes die samen dat ‘geraamte’ vormen, zoals de meeste fysici nu nog denken? Want: niemand heeft ooit een axion, sneutrino, neutralino of andere donkere-materiekandidaat waargenomen.

In vrolijke, met literaire citaten doorspekte hoofdstukken beschrijft Bertone hoe fysici zulke deeltjes nu al jarenlang te pakken proberen krijgen.Op storingsvrije plekken, zoals onder het ijs van de Zuidpool, ver onder de rotsen van de Italiaanse Apennijnen, op de vlaktes van Arizona in de Verenigde Staten of juist hoog in de ruimte schakelden ze ingenieuze meetinstrumenten aan. En ze hopen nog steeds dat sporadisch een van die donkere materiedeeltjes, die ook in het zonnestelsel zouden moeten rondzweven, op een atoomkern in die instrumenten botst.

Tja. ‘Het is lastig zoeken naar een zwarte kat in een donkere kamer’, schijnt Confucius ooit gezegd te hebben. Om daar vilein aan toe te voegen: ‘Vooral als er helemaal geen kat is.’

Ofwel, zien fysici misschien spoken?

Bertone houdt ook deze laatste optie open: dat de huidige natuurkundige inzichten niet kloppen dus. Met name beschrijft hij het werk van fysici als Mordehai Milgrom die Einsteins beschrijving van de zwaartekracht in twijfel trekken. Al is het natuurlijk jammer dat hun alternatieve verklaring, de zogeheten MoND-theorie, de kosmos evenmin adequaat kan beschrijven.

Al met al kan de revolutie zich op twee wijzen voltrekken, zo vat Bertone tot slot de situatie samen. Of er worden in het komende decennium toch nog donkere-materiedeeltjes gevonden – die dan de weg zullen wijzen naar nieuwe vertes in de natuurkunde en de kosmologie. Of er ontvouwt zich het ‘nachtmerriescenario’ waarin keer op keer niks gemeten wordt – en dus ook niks bewezen. Dan moet de revolutie komen van een nieuwe theorie die de hele berg meetgegevens op nieuwe wijze interpreteert en zo de kosmos weer kloppend en begrijpelijk maakt.

Wetenschappers zelf, zo besluit Bertone zijn fijne en compacte boek, zullen zich intussen hoe dan ook voelen zoals Ptolemeus het al in de tweede eeuw beschreef: ‘Ik sta naast Zeus zelf en neem mijn teug ambrozijn.’

Margriet van der Heijden