O universo consiste principalmente em uma nova substância e uma forma de energia que ainda não foram compreendidas. Esta 'matéria escura' e 'energia escura' não são diretamente visíveis a olho nu ou através de telescópios. Os astrônomos só podem fornecer provas de sua existência indiretamente, com base na forma das galáxias e na dinâmica do universo. A matéria escura interage com a matéria normal por meio da força gravitacional, que também determina as estruturas cósmicas do normal, matéria visível.

Ainda não se sabe se a matéria escura também interage consigo mesma ou com a matéria normal por meio das outras três forças fundamentais - a força eletromagnética, a força nuclear fraca e a forte - ou alguma força adicional. Mesmo experimentos muito sofisticados até agora não foram capazes de detectar tal interação. Isso significa que se ele existe, deve ser muito fraco.

Para lançar mais luz sobre este assunto, cientistas ao redor do mundo estão realizando vários novos experimentos nos quais a ação das forças fundamentais não gravitacionais ocorre com o mínimo de interferência externa possível e a ação é então medida com precisão. Quaisquer desvios dos efeitos esperados podem indicar a influência da matéria escura ou energia escura. Alguns desses experimentos estão sendo realizados usando enormes máquinas de pesquisa, como as instaladas no CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear em Genebra. Mas experimentos em escala de laboratório, por exemplo em Düsseldorf, também são viáveis, se projetado para máxima precisão.

A equipe que trabalha sob a orientação do Prof. Stephan Schiller do Instituto de Física Experimental do HHU apresentou os resultados de um experimento de precisão para medir a força elétrica entre o próton ("p") e o deuteron ("d") no jornal Natureza . O próton é o núcleo do átomo de hidrogênio (H), o deutério mais pesado é o núcleo do deutério (D) e consiste em um próton e um nêutron unidos.

Os físicos de Düsseldorf estudam um objeto incomum, HD +, o íon da molécula de hidrogênio parcialmente deuterada. Um dos dois elétrons normalmente contidos na camada de elétrons está faltando neste íon. Assim, HD + consiste em um próton e um deutério unidos por apenas um elétron, que compensa a força elétrica repulsiva entre eles.

Isso resulta em uma distância particular entre o próton e o deutério, referido como o 'comprimento da ligação'. Para determinar essa distância, os físicos do HHU mediram a taxa de rotação da molécula com precisão de onze dígitos usando uma técnica de espectroscopia que desenvolveram recentemente. Os pesquisadores usaram conceitos que também são relevantes no campo da tecnologia quântica, como armadilhas de partículas e resfriamento a laser.

É extremamente complicado derivar o comprimento da ligação a partir dos resultados da espectroscopia, e, assim, deduzir a força da força exercida entre o próton e o deutério. Isso ocorre porque essa força tem propriedades quânticas. A teoria da eletrodinâmica quântica (QED) proposta na década de 1940 deve ser usada aqui. Um membro da equipe do autor gastou duas décadas para avançar os cálculos complexos e recentemente foi capaz de prever o comprimento da ligação com precisão suficiente.

Esta previsão corresponde ao resultado da medição. Da concordância pode-se deduzir a força máxima de uma modificação da força entre um próton e um deutério causada pela matéria escura. O Prof. Schiller comenta:"Minha equipe abaixou este limite superior em mais de 20 vezes. Demonstramos que a matéria escura interage muito menos com a matéria normal do que se considerava possível. Esta forma misteriosa de matéria continua a permanecer secreta, pelo menos no laboratório! "