Een nieuw bedachte deeltjesdetector bevat strengen DNA die naar beneden hangen, die worden doorgesneden wanneer hoogenergetische deeltjes voorbij racen. Dit systeem zou de banen van deeltjes tot op de nanometer precies in kaart kunnen brengen.
Een detector die bestaat uit naar beneden hangende DNA-strengen zou de bewegingen van subatomaire deeltjes nauwkeuriger kunnen volgen dan bestaande apparaten.
De huidige deeltjesdetectoren kunnen de massa van de deeltjes met zeer hoge precisie waarnemen, maar het is niet altijd gemakkelijk om de paden van de deeltjes door een detector te volgen. Astrofysicus Ciaran O’Hare van de Universiteit van Sydney en zijn collega’s denken dat een op DNA gebaseerde versie kan helpen. Het idee, dat een andere groep in 2012 voor het eerst voorstelde, zou onderzoekers in staat stellen om het pad van een deeltje tot op de nanometer te volgen.
De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt
Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...
Stalactieten
De detector bestaat uit meerdere DNA-strengen die als stalactieten in de detector hangen. Ze bevinden zich boven een opvangbak. Wanneer een deeltje met voldoende energie door de detector reist, zal het verschillende DNA-strengen doorsnijden. Dat gebeurt op een specifiek punt in de DNA-letterreeks van elke streng. O’Hare en zijn team verzamelen dan de doorgesneden DNA-uiteinden, en analyseren deze om het exacte punt te bepalen waarop de DNA-streng werd doorgesneden.
Omdat het DNA-molecuul vol zit met genetische informatie, geeft het scheidingspunt tot op de nanometer nauwkeurig aan waar het deeltje de streng geraakt heeft. Door de snijplek van een groot aantal doorgesneden DNA-strengen te bepalen, kan in drie dimensies worden nagegaan welke weg een deeltje door de detector heeft afgelegd.
O’Hare en zijn collega’s hebben dit systeem op computers gesimuleerd met behulp van een vereenvoudigd model zonder de opvangapparatuur. Het doel was om te testen of de detector in de echte wereld zou kunnen werken. ‘We deden een eerste onderzoek naar deze [detector]’, zegt O’Hare. ‘We kwamen erachter dat je voor de meeste verschillende soorten deeltjes heel goed de richting van het deeltje kunt bepalen, en dat is allemaal te danken aan de informatie die op nanoschaal [in het DNA] zit verpakt.’
Zolang de deeltjes genoeg energie hebben, zou de detector deeltjes kunnen volgen waarvan we de reisrichting willen bepalen, zoals voorgestelde kandidaten voor donkere materie, zegt O’Hare.
Technische problemen
Er zijn nog technische problemen op te lossen voordat de detector kan gaan werken. Zo moeten de hangende DNA-strengen niet aan elkaar plakken en de afgebroken strengen goed worden opgevangen.
‘Alle stappen van het bouwen van deze detector zijn afzonderlijk gedaan, maar ze zijn nog nooit samengevoegd’, zegt O’Hare. Maar een werkend prototype kan waarschijnlijk binnen een paar jaar worden gebouwd, zegt hij.
‘Het idee om DNA als detector te gebruiken klinkt op het eerste gezicht gek, maar het voorstel is heel spannend, vooral als een mogelijke manier om donkere materie te bestuderen’, zegt Harry Cliff, deeltjesfysicus aan de Universiteit van Cambridge. ‘In het verleden hebben nieuwe manieren om deeltjes te detecteren ons begrip van de subatomaire wereld radicaal veranderd. Neem bijvoorbeeld de uitvinding van de nevelkamer (een instrument waarmee sporen van kleine deeltjes zichtbaar gemaakt kunnen worden, red.). Dus misschien kunnen op DNA gebaseerde detectoren een flinke impact hebben.’
