Der heilige Gral der Astrophysiker

News: Der heilige Gral der Astrophysiker

Kosmologen zufolge besteht unser Universum zu rund 80 Prozent aus Dunkler Materie. Das Problem ist nur, dass sie noch kein Forscher je zu Gesicht bekommen hat. Und alle Versuche, zumindest die als WIMPs bezeichnete Teilchensorte nachzuweisen, blieben bisher erfolglos. Auch eine jahrelange Untersuchung mit einer hochsensitiven Methode konnte keine Hinweise auf die Existenz der postulierten Partikel liefern. Aber die Suche geht weiter...

Wie schwer ist das Universum? Kommt darauf an, wie gemessen wird, lautet die unbefriedigende Antwort. Denn das Ergebnis der Berechnungen, welche die Bewegungen von Galaxien und Galaxienhaufen berücksichtigt, weicht stark von dem Wert ab, der aus dem direkten Abschätzen von Sternen, leuchtendem Staub und Gas erfolgt. Dieser deutliche Unterschied lässt sich nur erklären, wenn man die Existenz eines unsichtbaren, schweren Materials annimmt: der so genannten Dunklen Materie.

Die Favoriten unter den vorgeschlagenen Teilchen, welche die geheimnisvolle Materie ausmachen könnten, sind die WIMPs (weakly interacting massive particles). Sie sollen laut theoretischen Berechnungen etwa 100 bis 150 Mal schwerer als Protonen sein und außerordentlich schlecht mit anderer Materie interagieren. Aus diesem Grunde könnten sie seit dem Urknall existieren, da sie sich nicht bei Teilchen-Antiteilchen-Reaktionen auslöschen. Trotzdem sollen sie uns – wie Neutrinos – überall umgeben, ohne dass wir sie sehen oder spüren können.

Die Cryogenic Dark Matter Search Collaboration (CDMS) hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, diese häufigen, aber schwer fassbaren Teilchen nachzuweisen. Der Zusammenschluss von elf US-amerikanischen Institutionen verwendet hierfür Detektoren aus kristallinem Silizium und Germanium, die von Elektroden umgeben sind. Mit deren Hilfe fangen sie zwei verschiedene Signale auf. Zum einen registriert das System einen leichten Temperatursprung, wenn ein WIMP auf ein Kristallatom trifft, zum anderen erfasst es die Anzahl der Elektronen-Loch-Paare, die durch den Zusammenstoß mit Kernen oder Elektronen entstehen. Der Vergleich der beiden Signale erlaubt den Wissenschaftlern, kosmische und durch Isotopenzerfall entstehende Strahlung auszuschließen, die für WIMPs gehalten werden könnten.

Über ein Jahr lang sammelten die Forscher Daten mit Hilfe der Detektoren, die sich etwa elf Meter unter der Stanford University befinden (Physical Review Letters vom 19. Juni 2000). In dieser Zeit zeichneten sie 17 ungewöhnliche Ereignisse auf, die aber laut Computersimulationen und statistischen Überlegungen vermutlich auf Neutronen und nicht auf WIMPs zurückgehen. Somit haben die Forscher nach eigenen Angaben die Existenz der gesuchten Teilchen mit dem bisher empfindlichsten Verfahren nicht nachgewiesen.

Im Februar 2000 hatte jedoch eine als DAMA (für dark matter) bezeichnete Gruppe italienischer und chinesischer Wissenschaftler angegeben, Hinweise auf WIMPs gefunden zu haben. Die CDMS-Ergebnisse passen aber beim besten Willen nicht zu den DAMA-Daten, erklärt der CDMS-Sprecher Bernard Sadoulet von der University of California in Berkley.

Neil Spooner von der Sheffield University ist der Ansicht, dass die CDMS ordentliche Arbeit bei der Analyse geleistet hat, wobei er allerdings starke Zweifel bezüglich der 17 ungewöhnlichen Ereignisse hegt. Wenn ein oder zwei von ihnen auf WIMPs zurückgingen, meint er, würde das von der statistischen Analyse nicht erfasst. Er ist gespannt, welche Daten die CDMS-Forscher mit ihren 100 Mal empfindlicheren Detektoren in einer Mine in 800 Meter Tiefe im Verlauf der nächsten Jahre erzielen werden.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 5.4.2000
"Krumme Hinweise auf dunkle Materie"
Spektrum Ticker vom 25.2.1999
"Ein Universum voller WIMPs"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 10.9.1999
"Machos in Bewegung"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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