Dunkle Materie hält sich weiter bedeckt

Auf der langen Suche nach Dunkler Materie gibt es nach wie vor keine Fortschritte. Zahlreiche Experimente suchen zwar nach ihr, doch anstatt Fortschritte zu machen, wird aus Italien ein weiterer Rückschlag gemeldet. Ein Projekt sollte die Entdeckungen eines anderen Experiments überprüfen und wurde leider nicht fündig. Es scheint, als wollte die Dunkle Materie von uns einfach nicht entdeckt werden.

So wie in dieser Simulation stellt man sich die Dunkle Materie vor, die eine Galaxie umschließt. Bild: ESO/L. Calçada

Dunkle Materie wurde postuliert, um die Bewegungen bzw. die Eigenschaften von Galaxien und Materie-Ansammlungen allgemein, erklären zu können. Wären die Sterne, Planeten und Gaswolken, die wir in Galaxien sehen und messen können, die einzig vorhandene Materie, würde die Gravitation, die von ihnen ausgeht nicht ausreichen, um das ganze Gebilde zusammenzuhalten. Auch die Geschwindigkeit, mit der sich Galaxien drehen, ist eigentlich viel zu hoch, so dass sie eigentlich auseinanderfallen müssten. Doch das tun sie eben nicht. Es muss also etwas geben, dass die Galaxien zwar gravitativ zusammenhält, das wir aber weder sehen noch messen können. Wir können lediglich feststellen, WO es vorkommen muss – nämlich dort, wo die Gravitation der sicht- und messbaren Materie nicht ausreicht, um deren Verhalten zu erklären. Aus diesem Grund wurde diese mysteriöse Substanz „Dunkle Materie“ genannt.

Forscher versuchen nun seit Jahren, diese Dunkle Materie mit Hilfe verschiedenster Experimente nachzuweisen. Die Namen der Experimente klingen zumeist recht lustig. Da wären zum Beispiel: DAMA, EDELWEISS, CRESST und noch so einige mehr. Eines der größten Experimente war das „XENON Dark Matter Project“. Hierbei steht XENON ausnahmsweise mal nicht als Abkürzung für irgendeinen unendlich langen Namen, sondern bedeutet, dass der Detektor-Behälter mit flüssigem Xenon gefüllt ist. Zweck dieses Projekts ist die Such nach sogenannten WIMP`s, was für „weakly interacting massive particles“ oder „schwach wechselwirkende massereiche Teilchen“ steht. WIMP`s sind hypothetische Teilchen, die keine Ladung besitzen, und so nicht mit Materie interagieren können – außer durch die schwache Wechselwirkung, die sich allerdings von ihrer Reichweite her auf die Größenordnung eines Atoms beschränkt. Es ist vorstellbar, dass unsere Dunkle Materie aus ebendiesen Teilchen besteht. Es gibt auch noch andere Hypothesen, welche Teilchen diese ominöse Substanz bildet, doch hier soll es einzig um WIMP`s gehen. Das Wort Wimp bedeutet im englischen soviel wie „Schwächling“, was sich auf die Unfähigkeit des WIMP`s bezieht, mit Materie wechselzuwirken. Theoretisch können diese Teilchen einen Planeten wie die Erde einfach durchdringen, ohne irgendetwas „zu berühren“.

Innerer Kryostat und Abschirmung von XENON100. Bild: wikipedia

Durch Detektoren wie jenen im XENON-Experiment hofft man, einige dieser wenigen Interaktionen zu beobachten, wenn ein WIMP doch mal mit einem Atomkern zusammenstößt. Das Projekt findet im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor statt und ist eine Kooperation verschiedenster Universitäten und Laboratorien weltweit. Das Experiment wurde 2002 gestartet und ist seitdem auf der Suche nach WIMP`s. Ein anderes Experiment, nämlich das DAMA/LIBRA-Experiment, soll angeblich Dunkle Materie-Teilchen nachgewiesen haben. Der XENON100-Detektor, der mit 62 Kilogramm flüssigem Xenon befüllt ist und in der Lage ist, um einiges Präziser zu messen als DAMA/LIBRA, sollte diese Entdeckung bestätigen. Doch das Gegenteil war der Fall und XENON stellte fest, dass die Messdaten offenbar nicht korrekt sein können. Es hat also weder das DAMA/LIBRA-Experiment, noch das XENON oder sonst irgendein Projekt, bislang einen schlüssigen Nachweis für Dunkle Materie finden können.

Allerdings wird im Gran-Sasso-Untergrundlabor bereits an einem neuen Detektor gearbeitet, der Ende diesen Jahres seinen Betrieb aufnehmen soll. Der XENON1T-Detektor wird angeblich um ein hundertfaches genauer messen können, als dies im alten Detektor möglich war. Die Suche nach der Dunklen Materie ist also noch lange nicht zu ende und ich bin mir sicher, dass wir in das Mysterium „Dunkle Materie“ schon bald etwas Licht bringen werden.

Link zur Originalveröffentlichung:

XENON Collaboration: Exclusion of Leptophilic Dark Matter Models using XENON100 Electronic Recoil Data, Science, online 20. August 2015; DOI: 10.1126/science.aab2069

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