L'universo consiste principalmente di una nuova sostanza e di una forma di energia che non sono ancora state comprese. Questa "materia oscura" e "energia oscura" non sono direttamente visibili ad occhio nudo o attraverso i telescopi. Gli astronomi possono fornire prove della loro esistenza solo indirettamente, basato sulla forma delle galassie e la dinamica dell'universo. La materia oscura interagisce con la materia normale tramite la forza gravitazionale, che determina anche le strutture cosmiche del normale, materia visibile.

Non è ancora noto se la materia oscura interagisca anche con se stessa o con la materia normale tramite le altre tre forze fondamentali:la forza elettromagnetica, la forza nucleare debole e quella forte, o qualche forza aggiuntiva. Persino esperimenti molto sofisticati non sono stati finora in grado di rilevare tale interazione. Ciò significa che se esiste del tutto, deve essere molto debole.

Per fare più luce su questo argomento, scienziati di tutto il mondo stanno conducendo vari nuovi esperimenti in cui l'azione delle forze fondamentali non gravitazionali avviene con la minima interferenza esterna possibile e l'azione viene quindi misurata con precisione. Eventuali deviazioni dagli effetti previsti possono indicare l'influenza della materia oscura o dell'energia oscura. Alcuni di questi esperimenti vengono condotti utilizzando enormi macchine di ricerca come quelle ospitate al CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare di Ginevra. Ma esperimenti su scala di laboratorio, per esempio a Dusseldorf, sono anche fattibili, se progettato per la massima precisione.

Il team che lavora sotto la guida del Prof. Stephan Schiller dell'Istituto di Fisica Sperimentale dell'HHU ha presentato sulla rivista i risultati di un esperimento di precisione per misurare la forza elettrica tra il protone ("p") e il deuterone ("d") Natura . Il protone è il nucleo dell'atomo di idrogeno (H), il deuterone più pesante è il nucleo del deuterio (D) ed è costituito da un protone e un neutrone legati insieme.

I fisici di Düsseldorf studiano un oggetto insolito, HD+, lo ione della molecola di idrogeno parzialmente deuterato. In questo ione manca uno dei due elettroni normalmente contenuti nel guscio elettronico. Così, HD+ è costituito da un protone e un deuterone legati insieme da un solo elettrone, che compensa la forza elettrica repulsiva tra di loro.

Ciò si traduce in una particolare distanza tra il protone e il deuterone, denominata "lunghezza del legame". Per determinare questa distanza, i fisici dell'HHU hanno misurato la velocità di rotazione della molecola con una precisione di undici cifre utilizzando una tecnica di spettroscopia recentemente sviluppata. I ricercatori hanno utilizzato concetti rilevanti anche nel campo della tecnologia quantistica, come trappole di particelle e raffreddamento laser.

È estremamente complicato derivare la lunghezza del legame dai risultati della spettroscopia, e quindi dedurre la forza della forza esercitata tra il protone e il deuterone. Questo perché questa forza ha proprietà quantistiche. La teoria dell'elettrodinamica quantistica (QED) proposta negli anni '40 deve essere utilizzata qui. Un membro del team dell'autore ha impiegato due decenni per far avanzare i complessi calcoli ed è stato recentemente in grado di prevedere la lunghezza del legame con sufficiente precisione.

Questa previsione corrisponde al risultato della misurazione. Dall'accordo si deduce la forza massima di una modifica della forza tra un protone e un deuterone causata dalla materia oscura. Il prof. Schiller commenta:"Il mio team ha ora abbassato questo limite superiore di oltre 20 volte. Abbiamo dimostrato che la materia oscura interagisce molto meno con la materia normale di quanto precedentemente ritenuto possibile. Questa misteriosa forma di materia continua a rimanere sotto copertura, almeno in laboratorio!"