Wissenschaftler des LUX-ZEPLIN-Experiments in South Dakota haben am 16. Juni 2023 ein einzelnes, unerklärliches Teilchenereignis aufgezeichnet. Obwohl Forscher betonen, dass es sich nicht um eine bestätigte Entdeckung handelt, gilt das Signal als der bisher überzeugendste Hinweis, den LZ produziert hat.
Ein einzelnes Ereignis im tiefsten Untergrund von South Dakota
Fast eine Meile unter der Erde, geschützt in einer ehemaligen Goldmine am Sanford Underground Research Facility (SURF) im US-Bundesstaat South Dakota, läuft eines der empfindlichsten Experimente der modernen Physik. Im Zentrum der LUX-ZEPLIN-Kollaboration (LZ) steht ein großer Tank gefüllt mit ultrareinem flüssigem Xenon. Nach der Auswertung von 220 Tagen Daten, die zwischen März 2023 und April 2024 gesammelt wurden, stießen die Physiker auf ein außergewöhnliches Signal.
Das am 16. Juni 2023 registrierte Ereignis zeigt einen elastischen Kernrückstoß von 248 Kiloelektronenvolt, versehen mit einer statistischen Unsicherheit von plus oder minus 23 Kiloelektronenvolt sowie weiteren 23 Kiloelektronenvolt systematischer Unsicherheit, wie aus der detaillierten Auswertung hervorgeht.
Eric Dahl von der Northwestern University erklärte, dass dies in den 20 Jahren, in denen er an der Suche nach Dunkler Materie beteiligt ist, das interessanteste einzelne Ereignis sei, das er gesehen habe.
Statistische Signifikanz und die Suche nach alternativen Erklärungen
Trotz der Faszination in der Forschungsgemeinschaft herrscht strenge Vorsicht. Die beteiligten Physiker betonen unisono, dass ein einzelner Datenpunkt keineswegs als Beweis für die Existenz der unsichtbaren Masse gewertet werden kann. Das Signal erreicht lokal eine Abweichung von bis zu 3,4 Sigma von bekannten Hintergrundsignalen. Unter Berücksichtigung des sogenannten Look-elsewhere-Effekts, der durch die Prüfung zahlreicher verschiedener Modelle und Massenbereiche entsteht, verbleibt jedoch eine globale Signifikanz von 2,6 Sigma.
Das gefundene Ereignis ist weit von einer Teilchenentdeckung entfernt. Aaron Manalaysay vom Lawrence Berkeley National Laboratory merkte dazu an, dass Ausreißer in großen Datensätzen zwar vorkommen, sich bei genauer Prüfung aber meist als Hintergrundsignale herausstellen. Dennoch ließ sich für das spezifische Ereignis beispielsweise eine Radon-Markierung nicht anwenden, da der Detektor zu jenem Zeitpunkt in einem gemischten Strömungszustand betrieben wurde.
Rick Gaitskell, Physiker an der Brown University und LZ-Sprecher, erklärte, man behaupte nicht, Dunkle Materie gesehen zu haben, aber man habe etwas Interessantes gesehen.
Einordnung in die kosmische Forschung und der Blick auf kommende Messdaten
Dunkle Materie macht schätzungsweise 85 Prozent aller Materie im Universum aus und bildet das unsichtbare Rückgrat, das Galaxien zusammenhält. Da sie weder Licht noch elektromagnetische Strahlung reflektiert, bleibt ihr direkter Nachweis seit ihrer theoretischen Begründung durch den Astronomen Fritz Zwicky im Jahr 1933 eines der ungelösten Hauptprobleme der Physik.
Um Klarheit zu gewinnen, setzt das internationale Team auf zusätzliche Messungen. Seit April 2024 hat das LUX-ZEPLIN-Experiment unter denselben elektrischen Feldbedingungen weitere Daten gesammelt. Ob sich das am 16. Juni 2023 registrierte Signal in den kommenden Auswertungen als Vorbote einer echten Entdeckung erweist oder als seltener Hintergrund entpuppt, hängt davon ab, ob ähnliche hochenergetische Kernrückstöße erneut in den Daten auftauchen.
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