El universo consiste principalmente en una sustancia nueva y una forma de energía que aún no se comprenden. Esta 'materia oscura' y 'energía oscura' no son directamente visibles a simple vista ni a través de telescopios. Los astrónomos solo pueden proporcionar pruebas de su existencia indirectamente, basado en la forma de las galaxias y la dinámica del universo. La materia oscura interactúa con la materia normal a través de la fuerza gravitacional, que también determina las estructuras cósmicas de lo normal, materia visible.

Aún no se sabe si la materia oscura también interactúa consigo misma o con la materia normal a través de las otras tres fuerzas fundamentales:la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerte, o alguna fuerza adicional. Incluso experimentos muy sofisticados hasta ahora no han podido detectar tal interacción. Esto significa que si existe, debe ser muy débil.

Para arrojar más luz sobre este tema, Científicos de todo el mundo están llevando a cabo varios experimentos nuevos en los que la acción de las fuerzas fundamentales no gravitacionales tiene lugar con la menor interferencia exterior posible y luego la acción se mide con precisión. Cualquier desviación de los efectos esperados puede indicar la influencia de la materia oscura o la energía oscura. Algunos de estos experimentos se están llevando a cabo utilizando enormes máquinas de investigación como las que se encuentran en el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear en Ginebra. Pero los experimentos a escala de laboratorio, por ejemplo en Düsseldorf, también son factibles, si está diseñado para la máxima precisión.

El equipo que trabaja bajo la dirección del Prof. Stephan Schiller del Instituto de Física Experimental en HHU ha presentado los hallazgos de un experimento de precisión para medir la fuerza eléctrica entre el protón ("p") y el deuterón ("d") en la revista. Naturaleza . El protón es el núcleo del átomo de hidrógeno (H), el deuterón más pesado es el núcleo del deuterio (D) y consta de un protón y un neutrón unidos entre sí.

Los físicos de Düsseldorf estudian un objeto inusual, HD +, el ion de la molécula de hidrógeno parcialmente deuterada. En este ion falta uno de los dos electrones contenidos normalmente en la capa de electrones. Por lo tanto, HD + consiste en un protón y un deuterón unidos por un solo electrón, que compensa la fuerza eléctrica repulsiva entre ellos.

Esto da como resultado una distancia particular entre el protón y el deuterón, referido como la 'longitud de enlace'. Para determinar esta distancia, Los físicos de HHU han medido la velocidad de rotación de la molécula con una precisión de once dígitos utilizando una técnica de espectroscopía que desarrollaron recientemente. Los investigadores utilizaron conceptos que también son relevantes en el campo de la tecnología cuántica, como trampas de partículas y enfriamiento por láser.

Es extremadamente complicado derivar la longitud del enlace a partir de los resultados de la espectroscopia, y así deducir la fuerza de la fuerza ejercida entre el protón y el deuterón. Esto se debe a que esta fuerza tiene propiedades cuánticas. Aquí debe utilizarse la teoría de la electrodinámica cuántica (QED) propuesta en la década de 1940. Un miembro del equipo de autores pasó dos décadas para avanzar en los cálculos complejos y recientemente pudo predecir la longitud de la unión con suficiente precisión.

Esta predicción corresponde al resultado de la medición. Del acuerdo se puede deducir la fuerza máxima de una modificación de la fuerza entre un protón y un deuterón causada por la materia oscura. El profesor Schiller comenta:"Mi equipo ha reducido este límite superior más de 20 veces. Hemos demostrado que la materia oscura interactúa mucho menos con la materia normal de lo que se consideraba posible anteriormente. Esta misteriosa forma de materia sigue estando encubierta. ¡al menos en el laboratorio! "