Ein neues Experiment namens unter der Leitung der Universität Zürich und der Hebräischen Universität Jerusalem hat bei der Suche nach leichter Dunkler Materie eine Rekordempfindlichkeit erreicht. Mithilfe von supraleitenden Detektoren, die auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlt wurden, hat das Team weltweit führende Grenzen für die Wechselwirkung von Dunkler Materie mit gewöhnlicher Materie festgelegt – und damit den Weg für zukünftige Durchbrüche bei einem der größten Rätsel der Physik geebnet.
Dunkle Materie, die schwer fassbare Substanz, die etwa 85 % der Masse des Universums ausmacht, bleibt eines der größten Rätsel der Physik. Unsichtbar und mit gewöhnlichen Mitteln nicht nachweisbar, sendet sie weder Licht aus noch absorbiert sie es, sodass Wissenschaftlern nur indirekte Hinweise auf ihre Existenz zur Verfügung stehen. Seit Jahrzehnten versuchen Forscher vergeblich, einen Blick auf diese schwer fassbaren Teilchen zu erhaschen.
Nun hat eine internationale Wissenschaftlerkooperation vielversprechende erste Ergebnisse mit einem neuartigen Experiment namens QROCODILE () vorgestellt. Das Projekt, das gemeinsam von der Universität Zürich und der Hebräischen Universität Jerusalem geleitet wird und an dem auch die y, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das MIT beteiligt sind, hat einen neuen Weg bei der Suche nach „leichten“ Teilchen der Dunklen Materie aufgezeigt.
Das Herzstück von QROCODILE ist ein hochmoderner supraleitender Detektor, der unglaublich schwache Energieeinbrüche messen kann – bis hinunter zu nur 0,11 Elektronenvolt, was millionenfach kleiner ist als die Energien, die üblicherweise in Teilchenphysik-Experimenten nachgewiesen werden. Diese Empfindlichkeit eröffnet völlig neue Horizonte: die Überprüfung der Existenz extrem leichter Dunkle-Materie-Teilchen mit Massen, die tausendfach kleiner sind als die in früheren Experimenten untersuchten.
In einem mehr als 400 Stunden dauernden wissenschaftlichen Durchlauf bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zeichnete das Team eine kleine Anzahl unerklärlicher Signale auf. Auch wenn diese Ereignisse noch nicht als Dunkle Materie bestätigt werden können – sie könnten von kosmischer Strahlung oder natürlicher Hintergrundstrahlung stammen –, ermöglichen sie den Forschern bereits, neue, weltweit führende Grenzwerte dafür festzulegen, wie leichte Dunkle-Materie-Teilchen mit Elektronen und Atomkernen interagieren
Eine weitere Stärke des Experiments ist sein Potenzial, die Richtung der eingehenden Signale zu erkennen. Da sich die Erde durch den galaktischen Halo bewegt, wird erwartet, dass Dunkle-Materie-Teilchen aus einer bevorzugten Richtung eintreffen. Zukünftige Verbesserungen könnten es Wissenschaftlern ermöglichen, zwischen echten Dunkle-Materie-Signalen und zufälligem Hintergrundrauschen zu unterscheiden – ein entscheidender Schritt hin zu einer endgültigen Entdeckung.
Prof. Yonit Hochberg vom Racah-Institut für Physik an der Hebräischen Universität, einer der leitenden Wissenschaftler des Projekts, erklärt:
„Zum ersten Mal haben wir neue Grenzen für die Existenz besonders leichter Dunkler Materie gesetzt. Dies ist ein wichtiger erster Schritt hin zu größeren Experimenten, die letztendlich den lang ersehnten direkten Nachweis erzielen könnten.“
Die nächste Phase des Projekts, NILE QROCODILE, wird die Empfindlichkeit des Detektors weiter verbessern und das Experiment unter die Erde verlegen, um es vor kosmischer Strahlung zu schützen. Mit verbesserter Abschirmung, größeren Detektorarrays und noch niedrigeren Energieschwellen wollen die Forscher die Grenzen unseres Verständnisses des dunklen Universums erweitern.
Die Forschungsarbeit mit dem Titel „“ kann nun in den abgerufen werden.
Quelle: HUJI