Nahe an einem Beweis für die dunkle Materie

18.12.2009

Wissenschaftler glauben, erstmals Spuren von WIMPs entdeckt zu haben, die als eine Klasse von Teilchen der bislang nur theoretisch behaupteten dunklen Materie gelten

Dunkle Materie, deren Existenz erstmals vor mehr als 70 Jahren von dem Schweizer Astronomen behauptet wurde und nach der auch mit dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider gesucht wird, soll es weitaus häufiger im Universum geben als die sichtbare Materie in Form von Galaxien, Sternen und Planeten. "Normale" Materie soll gerade einmal 4 Prozent ausmachen, dunkle Materie 25 Prozent, der Rest soll aus dunkler Energie bestehen. Nachgewiesen werden konnte die dunkle Materie bislang noch nicht, aber nach den Annahmen der Wissenschaft formt deren Gravitationskraft das uns sichtbare Universum und hält es zusammen. Ein internationales Wissenschaftlerteam glaubt nun, möglicherweise erstmals Dunkle Materie nachgewiesen zu haben – zumindest mit einer Chance von 20 Prozent. Ein Nachweis wäre eine Sensation, ein großer wissenschaftlicher Durchbruch. Mögliche Entdeckungen werden daher immer einmal wieder gemeldet (Spuren Dunkler Materie - mit Fragezeichen).

In Experimenten, die die Gruppe Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) tief unter der Erdoberfläche in einer alten Eisenmine in Minnesota durchführt, hofft man, Spuren von zwei Teilchen in den nahezu auf die absolute Tiefsttemperatur abgekühlten 30 Germanium- und Silizium-Detektoren entdeckt zu haben. Sie sollen die Eigenschaften besitzen, die man von einer Klasse von Partikeln der dunklen Materie erwartet. In diesem Fall sollen es schwach wechselwirkende massive Teilchen, so genannte WIMPs, sein, deren Masse der von Atomen gleicht oder schwerer sein soll. Man nennt sie Neutralinos", "Photinos'' oder "Axionen''.

Einer der Tiefkühlkalibratoren mit Detektoren des CDMS. Bild: CDMS

Die Hypothese ist, dass WIMPs normalerweise nicht mit normaler Materie interagieren, aber gelegentlich doch einmal von Atomkernen abprallen und dann auf den Detektoren eine Spur winziger Energie in Form von Wärme hinterlassen. Um die Einwirkung anderer Teilchen zu minimieren, findet die Suche in dem alten Bergwerk statt und wurde die Genauigkeit so eingestellt, dass nur eine Interaktion pro Jahr mit einem WIMP stattfinden, um so die dennoch häufig stattfindenden Interaktionen mit Röntgenstrahlen und Neutronen auszuschließen. Und das könnte sich in den Jahren 2007 und 2008 nun jeweils einmal ergeben haben, hoffen die Wissenschaftler. Analysiert wurden nur die Daten von 14 Germanium-Detektoren, die als verlässlich gelten.

Bestätigt werden kann die Existenz von WIMPs durch die Analyse noch nicht, die Wahrscheinlichkeit betrage allerdings noch 20 Prozent, dass es sich um eine Interaktion mit anderen Teilchen handelt, berichten. Mit dieser Wahrscheinlichkeit kann der Fund noch nicht als bewiesene wissenschaftliche Entdeckung gelten.

Ein Silizium-Detektor. Bild: CDMS

Die Wissenschaftler wollen nun im nächsten Jahr die Zahl der Detektoren erhöhen, weil damit auch die Wahrscheinlichkeit steigt, Spuren von WIMPs einfangen zu können. Da nach diesen auch mit anderen Detektoren in anderen Forschungseinrichtungen fieberhaft gesucht wird, beispielsweise mit genaueren Xenon-Detektoren wie im Xenon Dark Matter Project, könnte sich womöglich die Entdeckung bald bestätigen lassen. Noch also ist die Existenz der dunklen Materie nicht bewiesen, auch wenn sie 25 Prozent des Universums ausmachen und die Struktur des sichtbaren Universums formen soll.

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