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Steht die Entdeckung der Dunklen Materie bevor?

28. Okt.
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Blick in den unterirdischen Teilchendetektor des Lux-Zeplin-Experiments: Dunkle Materie soll sich durch winzige Lichtblitze verraten

Foto: © Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility

Die Existenz von Dunkler Materie ist nicht bewiesen. Doch nun hat ein neuer Detektor namens Lux-Zeplin die Arbeit aufgenommen

(Artikel: Bertram Weiß)

Darauf hoffen Forschende. Denn bislang ist die Existenz jener Substanz, die den Großteil alles Stofflichen im Universum ausmachen soll, nicht bewiesen. Doch kürzlich hat in den USA ein neuer Detektor die Arbeit aufgenommen, der mehr als 50-mal so empfindlich arbeitet wie bisherige Experimente. 

Die Lux-Zeplin genannte Anlage befindet sich 1,5 Kilometer tief unter dem Sanford-Forschungsinstitut in Lead, South Dakota. Ihr Herzstück ist ein Tank, gefüllt mit zehn Tonnen Xenon, einem Edelgas, das einen schweren Atomkern besitzt. Sollte ein Partikel Dunkler Materie den Kern eines einzigen Xenon-Atoms im Tank treffen, würde ein winziger Blitz erstrahlen. Den könnten die Detektoren ringsum aufzeichnen. 

Dass das bislang nicht passiert ist, liegt am Wesen der gesuchten Substanz: Lux-Zeplin sucht nach sogenannten Wimps (»weakly interacting massive particles«, schwach wechselwirkende massive Teilchen). Diese spezielle Form der Dunklen Materie soll in der Frühzeit des Universums entstanden sein und kaum mit gängiger Materie interagieren: Ähnlich wie Neutrinos können die Partikel auf ihrer Bahn durch das All menschliche Körper oder auch ganze Planeten völlig unbemerkt durchdringen. 

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In einem ersten Testlauf wurde noch keine Spur von Dunkler Materie gefunden

Dennoch ist es möglich, dass Wimps auf ihrem Weg gelegentlich mit einem Atomkern kollidieren. Die Folgen solcher Zwischenfälle soll der neue Detektor registrieren. Um sicherzugehen, dass im Gastank beobachtete Kollisionen nicht durch bereits bekannte Elementarteilchen ausgelöst wurden – etwa durch Neutronen –, ist der Detektor zusätzlich von einem Wassertank umgeben, in dem Sensoren nach gewöhnlichen Partikeln suchen. Nur wenn sie nicht ausschlagen, kann eine Kollision im Gastank durch Wimps ausgelöst worden sein. 

In Daten aus einem ersten Testlauf von Lux-Zeplin haben die Forschenden noch keine Spur Dunkler Materie gefunden. Doch die neue Anlage soll bis zu fünf Jahre lang in Betrieb bleiben – hoffentlich genug Zeit, um das gejagte Teilchen nachweisen zu können.

Der Artikel ist in der Ausgabe 10/2022 von P.M. Schneller Schlau erschienen.

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