Med olika tekniker kan astronomer kartlägga hur massan är fördelad, även den som inte går att se, som här i galaxhopen Muskötkulan. De röda fälten visar var det finns gasmoln, de blå fälten visar fördelningen av massa kring galaxerna. Det mesta är mörk materia. BILD: SA/CXC/UCDavis/W. Dawson et al

Vill fånga universums mörka materia med DNA

Enligt nuvarande kunskap om universum verkar det som att nästan all massa består av okända partiklar, den så kallade mörka materian. För att hitta de här okända partiklarna försöker forskarna bygga apparater som kan registrera dem.  Nu kommer forskarna med en ny och annorlunda idé, i ett ovanligt samarbete mellan fysik och biologi.

– Vår galax består nästan helt och hållet av den här okända typen av massa, berättar Katherine Freese, professor i teoretisk fysik vid University of Michigan.

Det här kallar astronomerna för mörk materia och ingen har ännu lyckats fånga upp den med instrument – i alla fall inte tillräckligt väl för att övertyga andra forskare.

Det som får astronomer att ändå överlag vara rätt övertygade om att den här okända massan finns är gravitationkraften från den, som påverkar stjärnor och gasmoln och annat som går att se och mäta. Och den hittills bästa förklaringen av de här gravitationseffekterna, som passar bäst med alla olika sorters mätningar, det är att det finns mörka materia som består av en hittills oupptäckt typ av partikel.

Precis som jorden går i en bana kring solen rör sig hela solsystemet med oerhörd hastighet kring centrum av vår galax. Och på den här hisnande färden sveper solen och planeterna fram genom ett osynligt och så gott som omärkligt moln av mörk materia.

Men vi känner ingenting av de här partiklarna.

– De kan vara miljarder av de här partiklarna som passerar rakt genom dig varje sekund. Men nästan ingen av dem träffar dig, säger Katherine Freese.

Partiklarna passerar bara rakt genom tomrummet inuti atomerna i kroppen, för eftersom de saknar elektrisk laddning är det enda som kan stoppa dem en direkt träff med en atomkärna. Och atomkärnan är en försvinnande liten del av en atom.

Tidigare i år räknade Katherine Freese och en kollega ut hur ofta någon av de här miljarder partiklarna faktiskt stöter på en atomkärna inuti en människokropp.

– Det kanske är en i månaden som träffar en atomkärna i din kropp, säger hon.

I en sån kollision när en atomkärna blir träffad, kommer den att få en ordentlig knuff, och kastas iväg. En atomkärna har elektrisk laddning, mer laddning ju tyngre atomen är. Och den bromsas upp snabbt, men på vägen sliter den loss många elektroner från andra atomer – joniserar atomerna. Så den lämnar ett litet spår efter sig av omkringkastade elektriska laddningar.

Eftersom det här händer så sällan är det inget hot mot människokroppen.

Men om man kunde fånga några av de här kollisionerna i en detektor så att man kan registrera vad som hände, då vore den mörka materian avslöjad.

Om det händer så sällan, då är frågan hur man kan avgöra att det är mörk materia som kastat iväg en atomkärna i apparaten i labbet? Och inte bara radioaktivitet i omgivningen, eller kosmisk strålning, som man har råkat fånga upp.

Det är en utmaning som hundratals fysiker tagit sig an, och bygger olika typer av apparater, som isoleras från störningskällor till exempel genom att man placerar dem djupt under jorden.

Men Katherine Freese är inblandad i en helt ny form av detektor, som utvecklas nu – i samarbete med biologer.

– Vi ska använda DNA!

Idén är att använda dna-molekyler som hänger som fransar från ett tunt skikt av guld.När en mörk materia-partikel träffar guldet skulle en atomkärna av guld kunna slås loss och kastas ut. Och då klipper den av DNA-fransarna där den passerar dem.

Genom att det här är specialtillverkade DNA-molekyler som man vet exakt hur de är uppbyggda går det att använda molekylärbiologiska tekniker för att kunna analysera var de har klippts av.

– Mätningen blir noggrann på nanometerskala, tusen gånger bättre än andra detektorer, säger Katherine Freese.

Och en del av finessen är ett fenomen som Katherine Freese själv var med om att räkna ut att man kunde använda.

Det handlar om att använda solsystemets rörelse genom molnet av mörk materia. För även om partiklarna så sällan krockar med en atomkärna blir det större chans att träffa en atomkärna ju fortare de rör sig. Och eftersom vår planet med detektorn rör sig genom den mörka materian kommer det att bli fler träffar från den riktningen vi rör oss mot.

Så om man kan se riktningen, och visa på att fler av detektorns atomkärnor blir utkastade av kollisioner med något som kommer från den riktningen, då kan man säga att det troligen faktiskt är mörk materia man har fångat.

Grunden i vår journalistik är trovärdighet och opartiskhet. Sveriges Radio är oberoende i förhållande till politiska, religiösa, ekonomiska, offentliga och privata särintressen.
Du hittar dina sparade avsnitt i menyn under "Min lista".