Wissenschaftler haben bei einem Untergrund-Experiment in den Black Hills von South Dakota möglicherweise eine erste Spur von Dunkler Materie beobachtet. Forscher am LUX-ZEPLIN-Detektor registrierten eine Partikelwechselwirkung, die dem Verhalten eines hypothetischen WIMP entspricht, betonen jedoch, dass noch kein vollständiger wissenschaftlicher Nachweis vorliegt.
Mögliche Spuren im Sanford Underground Research Facility
In einer Tiefe von rund 1,6 Kilometern unter der Erdoberfläche haben Physiker bei einem hochempfindlichen Experiment ein Signal registriert, das neue Einblicke in die Natur des Universums eröffnen könnte. Wie Reuters berichtet, dokumentierten Forschende am Sanford Underground Research Facility im US-Bundesstaat South Dakota eine Partikelinteraktion, die Eigenschaften eines sogenannten WIMP aufweisen könnte. Die Abkürzung steht für weakly interacting massive particle
– ein theoretisch vorhergesagtes Teilchen, das als einer der aussichtsreichsten Kandidaten für Dunkle Materie gilt.
Während normale Materie in Sternen, Planeten und Lebewesen den sichtbaren Kosmos bildet, macht sie Schätzungen zufolge nur etwa 15 Prozent der gesamten Materie aus. Der weitaus größere Teil entfällt auf Dunkle Materie, die weder Licht aussendet noch reflektiert. Ihre Existenz ist für die Astrophysik dennoch unumstritten, da sich Galaxien und Galaxienhaufen nachweislich so verhalten, als ob sie wesentlich mehr Masse besitzen, als durch sichtbare Himmelskörper erklärbar ist.
Das LUX-ZEPLIN-Experiment und der Xenon-Detektor
Das aktuelle Experiment, bekannt unter der Bezeichnung LZ oder LUX-ZEPLIN, nutzt einen tonnenschweren Detektor, um extrem seltene Zusammenstöße von Teilchen aufzuzeichnen. Die Anlage arbeitet in einer ehemaligen Goldmine in der Region der Black Hills und wird vom Lawrence Berkeley National Laboratory des US-energieministeriums verwaltet.
Im Inneren des großen zylindrischen Behälters befinden sich 10 Tonnen des chemischen Elements Xenon im flüssigen Aggregatzustand. Die Wissenschaftler fahnden gezielt nach Reaktionen, bei denen hypothetische Dunkle-Materie-Teilchen an Xenon-Atomen streuen. Stößt ein solches Teilchen mit einem Xenon-Kern zusammen, überträgt es eine geringe Menge Energie. Dies erzeugt einen schwachen Lichtblitz im ultravioletten Bereich, während der Atomkern einen spürbaren Stoß nach vorne erhält.
Obwohl die gemessene Interaktion exakt so ablief, wie Physiker es von einem WIMP erwarten würden, warnen die beteiligten Forscher vor vorschnellen Schlüssen. Laut Reuters erklärte Sam Eriksen von der University of Bristol in England, der als Hauptautor einer zugehörigen Studie fungiert, dass die Beobachtung der erste Hinweis auf eine Entdeckung von Dunkler Materie sein könnte. Gleichzeitig bremste er allzu große Erwartungen ab, da es sich lediglich um ein einzelnes Ereignis handele und alternative Störquellen methodisch ausgeschlossen werden müssten.
Strenge Prüfungen und astrophysikalischer Kontext
Die beteiligten Wissenschaftler betonen die Notwendigkeit absoluter methodischer Strenge, bevor endgültige Aussagen getroffen werden können. Alvine Kamaha, Astrophysikerin an der UCLA und Co-Autorin der Untersuchung, erklärte gegenüber Reuters, dass wir zwar möglicherweise etwas Außergewöhnliches vor uns haben, aber extrem rigoros vorgehen müssen, bevor wir diesen Schluss ziehen.
Kamaha wies zudem auf die enormen Dimensionen des Phänomens hin. Nach Berechnungen der Forschungsgruppe durchqueren unzählige Teilchen unbemerkt jeden Augenblick den menschlichen Körper, ohne nennenswerte Reaktionen auszulösen. Dunkle Materie wirke im großen kosmischen Maßstab wie ein unsichtbarer Klebstoff, der die Entstehung von Strukturen wie unserer Milchstraße erst ermöglicht habe. Die weltweite Suche läuft über mehrere Ansätze parallel: Neben direkten Detektionsexperimenten tief unter der Erde untersuchen Fachleute gravitative Effekte im Kosmos und versuchen, entsprechende Partikel künstlich in Teilchenbeschleunigern zu erzeugen.
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