Maar er kunnen mogelijkheden zijn om indirect de handtekeningen van die gravitonen te observeren.
Eén strategie die Vafa en zijn medewerkers volgen, is gebaseerd op grootschalige kosmologische onderzoeken die de verspreiding van sterrenstelsels en materie in kaart brengen. In die verdelingen kunnen er ‘kleine verschillen in clustergedrag’ zijn, zei Obied, die zouden wijzen op de aanwezigheid van donkere gravitonen.
Wanneer de zwaardere donkere gravitonen vervallen, produceren ze een paar lichtere donkere gravitonen met een gecombineerde massa die iets kleiner is dan de massa van hun ouderdeeltje. De ontbrekende massa wordt omgezet in kinetische energie (volgens de formule van Einstein, E = mc2), wat de nieuw gecreëerde gravitonen een beetje een boost geeft – een ‘schoksnelheid’ die naar schatting ongeveer een tienduizendste van de lichtsnelheid bedraagt.
Deze schoksnelheden kunnen op hun beurt de vorming van sterrenstelsels beïnvloeden. Volgens het standaard kosmologische model beginnen sterrenstelsels met een klomp materie waarvan de zwaartekracht meer materie aantrekt. Maar gravitonen met voldoende botssnelheid kunnen aan deze zwaartekracht ontsnappen. Als ze dat doen, zal het resulterende sterrenstelsel iets minder zwaar zijn dan het standaard kosmologische model voorspelt. Astronomen kunnen naar dit verschil zoeken.
Recente waarnemingen van de kosmische structuur uit het Kilo-Degree-onderzoek komen tot nu toe overeen met de donkere dimensie: analyse van de gegevens uit dat onderzoek plaatste een bovengrens aan de botssnelheid die zeer dicht in de buurt lag van de waarde voorspeld door Obied en zijn co-auteurs . Een strengere test zal komen van de Euclid-ruimtetelescoop, die afgelopen juli werd gelanceerd.
Ondertussen zijn natuurkundigen ook van plan het idee van een donkere dimensie in het laboratorium te testen. Als de zwaartekracht lekt in een donkere dimensie met een diameter van 1 micron, kan men in principe zoeken naar eventuele afwijkingen van de verwachte zwaartekracht tussen twee objecten die op dezelfde afstand van elkaar gescheiden zijn. Het is geen gemakkelijk experiment om uit te voeren, zegt Armin Shayeghi, een natuurkundige van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen die de test uitvoert. Maar “er is een simpele reden waarom we dit experiment moeten doen”, voegde hij eraan toe: we zullen pas weten hoe de zwaartekracht zich op zulke kleine afstanden gedraagt als we kijken.
De meest nabije meting tot nu toe – uitgevoerd in 2020 aan de Universiteit van Washington – betrof een opening van 52 micron tussen de twee testlichamen. De Oostenrijkse groep hoopt uiteindelijk het beoogde bereik van 1 micron voor de donkere dimensie te bereiken.
Hoewel natuurkundigen het voorstel voor een donkere dimensie intrigerend vinden, zijn sommigen sceptisch over de mate waarin het zal slagen. “Het zoeken naar extra dimensies door middel van nauwkeurigere experimenten is heel interessant”, zegt Juan Maldacena, natuurkundige aan het Institute for Advanced Studies, “hoewel ik denk dat de kans om ze te vinden laag is.
Joseph Conlon, een natuurkundige uit Oxford, deelt dat scepticisme: ‘Er zijn veel ideeën die belangrijk zouden zijn als ze waar zouden zijn, maar dat zijn ze waarschijnlijk niet. Dit is er één van. De aannames waarop het is gebaseerd zijn een beetje ambitieus, en ik denk dat het huidige bewijs daarvoor vrij zwak is.”
Natuurlijk kan de bewijskracht veranderen, en daarom doen we in de eerste plaats experimenten. Het voorstel voor een donkere dimensie heeft, indien ondersteund door komende tests, het potentieel om ons dichter bij het begrip te brengen wat donkere materie is, hoe deze zich verhoudt tot zowel donkere energie als zwaartekracht, en waarom de zwaartekracht zwakker lijkt in vergelijking met andere bekende krachten. “Theoretici proberen altijd dit ‘samen verbinden’ te doen. De Dark Dimension is een van de meest veelbelovende ideeën die ik in deze richting heb gehoord”, aldus Gopakumar.
Maar op een ironische manier is het enige dat de hypothese van de donkere dimensie niet kan verklaren, de reden waarom de kosmologische constante zo verbazingwekkend klein is – een raadselachtig feit dat feitelijk het begin vormde van deze hele onderzoekslijn. “Het is waar dat dit programma dat feit niet verklaart”, gaf Vafa toe. “Maar wat we op basis van dit scenario kunnen zeggen, is dat als lambda klein is – en je somt de gevolgen daarvan op – er een hele reeks verbazingwekkende dingen op hun plaats kunnen vallen.”
Origineel verhaal herdrukt met toestemming van Quanta-tijdschrift, redactioneel onafhankelijke uitgave Stichting Simmons wiens missie het is om het publieke begrip van wetenschap te verbeteren door onderzoeksontwikkelingen en trends in de wiskunde en de natuur- en levenswetenschappen te behandelen.