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Samstag, 25.06.2016
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Erneut Indiz für Dunkle Materie-Teilchen?

Untergrund-Detektor registriert mögliche Spuren von WIMPs

Gerade erst hat der Detektor AMS an der Internationalen Raumstation Indizien für Teilchen aus der Dunklen Materie gefunden, da legen Teilchenphysiker schon nach: Ein Detektor im Untergrund von Minnesota hat möglicherweise Spuren der sogenannten Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) entdeckt - den Teilchen, die als Grundbausteine der Dunklen Materie gelten. Noch erreicht die statistische Auswertung nicht die Signifikanz, die für eine offizielle Entdeckung festgelegt ist, doch die Forscher hoffen, dies mit mehr Daten zu erreichen.
Ein Großteil der Masse in unserem Universum geht auf die Dunkle Materie zurück. Diese exotische Materieform ist unsichtbar und bisher nicht direkt nachweisbar, steht aber vor allem durch ihre Schwerkraft in Wechselwirkung mit der normalen Materie. Obwohl ihre Existenz schon seit mehr als 80 Jahren postuliert wird, ist bisher aber unklar, woraus die Dunkle Materie besteht.

Blick auf drei Silizium-Detektoren am CDMS-II Detektor in Minnesota

Blick auf drei Silizium-Detektoren am CDMS-II Detektor in Minnesota

Einer gängigen Theorie nach bilden Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) ihre Grundbausteine. Diese massereichen Teilchen sollen keine Ladung besitzen und nur durch Gravitation und die Schwache Wechselwirkung mit anderer Materie wechselwirken. Genau deshalb allerdings passieren sie selbst die Erde nahezu ungehindert und sind extrem schwer nachzuweisen - weil sie auch mit den Detektoren und den darin eingesetzten Teilchenfallen kaum interagieren. Theoretisch könnten sie jedoch indirekt nachgewiesen werden, wenn man die Energie einfängt, die bei einem ihrer seltenen frontalen Zusammenstöße mit einem Atomkern frei wird.

Wärmesignal im Kältetank


Um diese Signale frei von störender Hintergrundstrahlung einzufangen, verwenden Teilchenphysiker am Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) Experiment in Minnesota bis auf nahe dem absoluten Nullpunkt heruntergekühlte unterirdische Detektoren. In diesen dienen Germanium und Siliziumatome als Fallen - als Atomkerne, die bei Kollision mit einem WIMP einen schwachen Wärmepuls abgeben. Da diese Zusammenstöße extrem selten auftreten, gelten schon einige Ereignisse mehr als es dem Hintergrund entspricht als Signal für die mögliche Passage eines WIMP.


Für die Dunkle Materie gibt es nur Indizien, wie hier die Masseverteilung bei einer Galaxienkollision.

Für die Dunkle Materie gibt es nur Indizien, wie hier die Masseverteilung bei einer Galaxienkollision.

Wie SuperCDMS-Forscher Rupak Mahapatra von der Texas A&M University berichtet, stießen die Forscher bei der Reanalyse älterer Daten auf einen solchen verräterischen Überschuss: Drei statt nur 0,7 Ereignisse registrierten acht der Silizium-Detektoren in einer Messperiode. Bei statistischer Auswertung sei das eine Wahrscheinlichkeit von 99,81 Prozent - oder drei Sigma, wie es bei den Teilchenphysikern heißt, dass WIMPs diese Signale ausgelöst haben könnten. Das klingt erstmal viel, ist aber im Bereich der Teilchenphysik bei weitem nicht ausreichend, wie Mahapatra erklärt.

"In der Hochenergiephysik wird eine Entdeckung nur bei fünf Sigma oder mehr verkündet", so der Forscher. Daher sei dieses Ergebnis sicher sehr aufregend, aber nach den geltenden Standards noch nicht ausreichend abgesichert. "Wir brauchen noch mehr Daten, um ganz sicher zu sein." Die Forscher hoffen nun, auch mit neueren, sensibleren Detektoren weitere Ereignisse einfangen zu können. Ebenfalls auf der Jagd nach den WIMPs sind auch andere Untergrund-Detektoren, darunter das Gran Sasso Observatorium in den italienischen Alpen und das tiefste Observatorium der Welt, das 2.500 Meter tief im Boden liegende PandaX im chinesischen Sechuan. Sie nutzen gewaltige Tanks mit stark gekühlte Xenonatomen als Detektoren. (Physical Review Letters, in press)
(Texas A&M University / Super CDMS Collaboration, 17.04.2013 - NPO)