Eine zweite Möglichkeit wäre sogenannte “heiße dunkle Materie”: das bedeutet schnelle, leichte Teilchen. Lange dachte man, Neutrinos wären der passende Kandidat für die dunkle Materie. Neutrinos sind Elementarteilchen die von den Sternen bei ihrer Kernfusion in großer Menge erzeugt werden aber kaum nachweisbar sind weil sie kaum mit anderer Materie wechselwirken. Allerdings hat sich im Laufe der Zeit herausgestellt, dass ihre Masse viel zu gering ist um für die dunkle Materie in Frage zu kommen. Und auch hier gäbe es Widersprüche zu den kosmologischen Theorien.

Bleibt als dritte Möglichkeit die “kalte dunkle Materie” – bisher noch unbekannte Elementarteilchen die nur von Gravitation und der schwachen Kernkraft beeinflusst werden. Diese WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles) wechselwirken kaum mit normaler Materie und würden auch den kosmologischen Theorien nicht widersprechen. Ein ausichtsreicher Kandidat für so ein WIMP wäre das LSP – das “lightest supersymmetric particle”. Diese leichteste supersymmetrische Teilchen wird von einer Theorie postuliert, die das bisher gültige Standardmodel der Teilchenphysik auf interessante Art und Weise erweitert: die Supersymmetrie (SuSy)


Supersymmetrie

In der supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells wird jedem bekannten Elementarteilchen ein neuer supersymmetrische “Zwilling” zugeordnet. Natürlich kein identischer Zwilling – die neuen Teilchen haben andere Eigenschaften als ihre Partner.

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Bild: DESY

Mit dieser Erweiterung des Standardmodells versucht man einerseits eine vereinheitlichte Theorie der Grundkräfte zu finden. Andererseits könnten supersymmetrische Teilchen auch eine Lösung für das Problem der dunklen Materie sein. Sie hätten genau die richtigen Eigenschaften. Diese neuen Teilchen sind aber schwerer als die normalen Teilchen und deswegen auch schwerer zu entdecken.

Von den supersymmetrischen Teilchen ist das Neutralino der beste Kandidat für die dunkle Materie. Es hat eine große Masse und keine elektrische Ladung (ist also dunkel) – genau das, was man von dunkler Materie erwarten würde. Mittlerweile deuten auch Messungen des europäischen Satelliten PAMELA darauf hin, dass dunkle Materie aus supersymmetrischen Teilchen besteht.


LHC und dunkle Materie

Bis jetzt waren die Teilchenbeschleuniger nicht stark genug um die Supersymmetrie zu bestätigen oder zu widerlegen. Um bei einer Teilchenkollision supersymmetrische Teilchen erzeugen zu können, müssen die kollidieren Partikel mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten aufeinander prallen. Dann würde genug Energie entstehen um auch die schweren supersymmetrischen Partnerteilchen erzeugen zu können. Dem LHC könnte das aber nun vielleicht gelingen.

Die Entdeckung eines supersymmetrischen Teilchens wäre nicht nur ein tolles Ereignis für die Astrophysiker die dann endlich wüssten, wie sich die dunkle Materie zusammensetzt. Auch für die Teilchenphysiker wäre das ein gewaltiger Erfolg und ein großer Schritt vorwärts auf dem Weg zu einem vollständigen Verständnis der Bausteine unserer Welt.

Das meint auch Rolf-Dieter Heuer der nächstes Jahr die Leitung des CERN übernehmen wird:

“Der LHC wird ein Fenster in dieses Dunkle Universum öffnen, hoffe ich.
Das finde ich faszinierend. Die Möglichkeit, den ersten Schritt in das
Dunkle Universum zu gehen, finde ich ganz fantastisch. Das ist
natürlich nicht garantiert, aber die Wahrscheinlichkeit, Kandidaten für
die Dunkle Materie zu finden, ist relativ groß.”

Auch wenn mit wissenschaftlichen Ergebnissen am LHC erst in paar Jahren zu rechnen ist – ich bin enorm gespannt, was an dieser großartigen Maschine alles entdeckt werden wird!

P.S. Ich habe hier bewusst nicht über die diversen Weltuntergangsszenarios geschrieben die angeblich am LHC stattfinden werden. Dazu gibt es einen anderen Beitrag – hier soll es um Wissenschaft gehen.

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Kommentare (12)

  1. #1 isnochys
    10. September 2008

    Bei dem ganzen Hin und Her vergisst man doch manchmal wirklich, dass dort Forschung betrieben wird und keine Unterhaltung der Massen
    :))

  2. #2 Ulrich Berger
    10. September 2008

    Sehr schön erklärt! Hoffentlich gibts eine Fortsetzung – über “dunkle Energie”.

  3. #3 Klaus
    10. September 2008

    Wo befindet sich die dunkle Materie in den Galaxien? im Zentrum? Zwischen den Sternen?

  4. #4 florian
    10. September 2008

    @isnochys: Deswegen auch dieser Artikel 😉

    @Ulrich: Hmm – die dunkle Energie ist mehr selbst noch ein bisschen suspekt 😉 Also nicht das ich an deren Existenz zweifle – aber ich bin mit diesem Thema noch nicht ganz so vertraut. Aber das muss sich eh langsam mal ändern – und wenn ich dann Bescheid weiß, dann schreib ich auch was drüber.

    @Klaus: Gute Frage. Wenn es sich wirklich um supersymmetrische Teilchen handelt, dann müssten die prinzipiell eigentlich überall sein. Die Tatsache, dass man den Effekt der dunklen Materie sowohl in Galaxien, als auch in Galaxienhaufen und Superclustern (Also Anhäufungen von Galaxienhaufen) beobachtet, zeigt dass sie sich sowohl in Galaxien als auch im intergalaktischen Medium befinden muss. Anscheinend ist aber die Verteilung von normaler Materie unterschiedlicher gegenüber der Verteilung der dunklen Matere. Vom Bullet-Cluster gibt es ein schönes Bild, dass die Verteilung der dunklen Materie illustriert.

  5. #5 Klaus
    10. September 2008

    …viel dunkle Materie finde ich auch in meiner Brieftasche 😉

  6. #6 Birgit
    11. September 2008

    @Klaus: das sind bei mir schon eher riesige schwarze Löcher *G*

    Mir ist natürlich klar, dass die ersten Ergebnisse noch eine Zeit lang auf sich warten lassen, aber nachdem das Ereignis medial komplett ausgeschlachtet wurde (inkl. zu erwarteten Weltuntergang) hätte ich am liebsten gleich morgen die ersten Entdeckungen 🙂

    @Florian: ein Artikel über Dark Matter würde mich auch sehr interessieren – wäre super, wenn Du das in nächster Zeit schaffst!

  7. #7 florian
    11. September 2008

    @Birgit: “Dark Matter” habe ich in diesem Artikel schon erklärt. Du meintest wohl “Dark Energy”. Die ist wirklich fies unverständlich. Im Prinzip gehts um Kräfte deren Austauschteilchen “dunkel” sind. Also anders wie z.B. die Photonen, Z- bzw. W-Bosonen und Gluonen (die Austauschteilchen der bekannten Kräfte) die zur normalen Materie gehören und die wir beobachten können.
    Aber um da wirklich durchzublicken muss man sich erstmal in die ganzen kosmologischen bzw. Teilchen- und Stringtheorien einarbeiten. Ich muss mal schauen, ob ich das irgendwie mit nem vernünftigen Aufwand schaffe…

  8. #8 Birgit
    11. September 2008

    Mea culpa!!
    Du hast natürlich recht 😉

  9. #9 Bettina
    15. September 2008

    Flo, deine Artikel sind immer super. Ich werde sie jetzt öfter lesen als zuvor (sorry). Im Physikunterricht kann man immer solche Sachen irgendwo einfließen lassen.

    Jetzt eine ganz allgemeine Frage zum LHC und den Versuchen. Ich weiß nämlich, dass ich kniffelige Fragen hier stellen kann. Ein Schüler hat mich heute was interessantes gefragt:
    “Wenn man beiseite lässt, dass im Inneren des LHC Vakuum und Tieftemperaturen herrschen und die Größe ignoriert, und einen Menschen da hineinstellt. Was würde der von dem Experiment (Proton-Proton Zusammenstoß) merken?”

    Ich finde die Frage sehr interessant.

  10. #10 Ludmila
    15. September 2008

    @Bettina: Was würde ein Mensch vom Zusammenstoß merken?

    Ähm, im Großen und Ganzen: Nichts. Ab und an sähe man mal einen extrem kurzen Lichtblitz im Auge, wenn zufälligerweise ein Photon in Richtung der Netzhaut flöge und es dunkel um einen herum wäre. Es gab da mal ein witziges Paper zu Raumfahrtlaboren, in denen Astronauten ständig von Kosmischer Strahlung umgeben waren. Ab und an, wenn diese die Augen schlossen und sich im Dunkeln aufhielten, sahen diese einen Lichtblitz im Auge. Weil gerade ein Teilchen die Netzhaut anregte.

    Im Übrigen, selbst wenn wir Vakuum vernachlässigen. Es ist keine sehr gute Idee, einen Menschen auch nur in die Nähe des Experimentes zu bringen.

    Ich hatte es hier schon einmal erwähnt: https://www.scienceblogs.de/planeten/2008/09/morgen-830-erster-protonenstrahl-am-cern.php

    Der Protonen-Strahl ist ein richtiger Schneidbrenner. Und selbst wenn man jetzt dem Schneidbrenner aus dem Weg geht, hätte man noch die Synchrotonstrahlung und die enthält einen großen Anteil an harter Röntgenstrahlung. Deswegen dürfen Menschen noch nicht mal in die Nähe des Ringes bei laufendem Betrieb und der Bereich ist doppelt und dreifach abgesichert.

  11. #11 Redfox
    24. Oktober 2009

    Oi, Oi, Oi… Sätze wie

    “Der LHC wird ein Fenster in dieses Dunkle Universum öffnen, hoffe ich. Das finde ich faszinierend. Die Möglichkeit, den ersten Schritt in das Dunkle Universum zu gehen, finde ich ganz fantastisch.”

    sind aber mit Sicht auf die Esoterikerfraktion garnicht so gut gewählt. Wenn ein Eso sowas liest, schreit der doch sofort:

    “Der Chef vom LHC hat selbst zugegeben das die ein Dimensionstor in ein Dunkles Universium öffnen und rübergehen wollen! Bestimmt um sich mit den Dunklen Dämonen aus diesem Dunklen Universum zu verbünden um zusammen die Welt vernichten! WIR MÜSSEN SIE AUFHALTEN!!!”

    Siehe auch:
    https://ars.userfriendly.org/cartoons/?id=20080930

  12. #12 Drumer
    22. Juni 2010

    Mal ne Frage,
    Ich habe mal von irgendwem gehört, dass ein Proton im LHC ein sichtbares Loch durch den Stahl schlagen könnte. Was ja in Relation zur Größe ein enorm großes Loch wäre.

    Wirklich ein Proton oder wäre dass dann der Protonenstrahl, respektive die “schrotladung” an Protonen?

    und nach dem Artikel von Ludmilla klingt es weniger nach “durchschlagen” als nach “durchschweißen”. Was ist korrekter?
    Danke für die Antwort. =)