In den ersten sechs Teilen dieser Serie (Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4, Teil 5, Teil 6) ging es um all die Beobachtungen, die uns im Laufe der letzten Jahrzehnte zu der Erkenntnis geführt haben, dass es im Universum mehr gibt, als nur die Materie, die man sehen kann. Da draußen ist auch noch dunkle Materie; Materie, die nicht leuchtet und auch kein Licht reflektiert. Materie, die fundamental anders ist als die “normale” Materie, aus der wir bestehen und all die Dinge, die wir um uns herum sehen können. Aber wenn wir auch wissen, dass die dunkle Materie da ist, wissen wir noch nicht, aus was sie besteht. Aber die Chancen stehen gut, dass man dieses Rätsel in den nächsten Jahren lösen kann…
Wie identifiziert man etwas, was man nicht sehen kann? Das ist schwer, aber nicht unmöglich. Wenn man davon ausgeht, dass die dunkle Materie aus bisher noch unbekannten Elementarteilchen besteht, dann muss man diese Teilchen nur mit entsprechenden Experimenten nachweisen oder erzeugen. Oder besser gesagt: Man muss sie “nur” nachweisen oder erzeugen. Wie langwierig so eine Suche nach unbekannten Teilchen sein kann, hat man ja beim Higgs-Boson gesehen. Aber bei der dunklen Materie ist man schon auf einem guten Weg. Hier stehen den Wissenschaftlern drei grundlegende Wege offen und zumindest zwei davon sehen derzeit so aus, als würden sie zum Ziel führen.
Der erste Weg besteht in einer Detektion der Teilchen mit entsprechenden Detektoren auf der Erde. Ungefähr so ähnlich, wie das auch mit den Neutrinos passiert. Wie ich im letzten Teil erklärt habe, SIND Neutrinos ja dunkle Materie – nur eben leider nicht die Sorte, die wir suchen. Neutrinos existieren überall im All und interagieren dabei so gut wie nie mit normaler Materie. Ständig sausen unzählige Neutrinos durch die Erde und bemerken sie dabei nicht mal. Man muss gewaltige Neutrinodetektoren bauen, um zumindest ein paar der Billiarden Teilchen einzufangen, die ständig durch die Erde sausen. Dabei kann man sie aber nicht direkt sehen, sondern nur dann, wenn sie doch mal eine Ausnahme machen und mit einem Teilchen der normalen Materie zusammenstößt. Das kommt extrem selten vor, aber ab und zu passiert es. Genau so müsste sich auch die dunkle Materie verhalten, die wir suchen. Sie befindet sich überall im Universum; die Teilchen sausen durch die Erde und mit etwas Glück und den richtigen Detektoren lassen sich vielleicht ein paar davon finden. Ab und zu wird ein Teilchen der dunklen Materie mit einem normalen Atom zusammenstoßen. Dadurch wackelt das Atom ein bisschen und gibt Wärme ab – und das kann man messen.
Das unterirdische CDMS-Labor (Bild: Ben Edwards CC-BY-NS-SA 2.0)
Wie die großen Neutrinodetektoren müssen auch die Geräte zum Aufspüren der dunklen Materie tief unter der Erde aufgestellt werden. Denn an der Erdoberfläche existiert zu viel störende Strahlung aus anderen Quellen, die ebenfalls das gesuchte Signal verursachen würde. Nur tief unter der Erde ist das Hintergrundrauschen gering genug.
Solche Experimente gab es im Laufe der Zeit schon einige uns bis jetzt waren sie nie so richtig erfolgreich. Man sah zwar Signale, aber nicht in ausreichender Anzahl, um sich wirklich sicher sein zu können, dass sie von dunkler Materie stammen. Schon im Jahr 2009 hat das CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) Experiment vielversprechende Hinweise entdeckt (ich habe damals darüber gebloggt). In einer ehemaligen Mine in Minnesota standen Detektoren, mit Germanium gefüllt. Wenn die dunkle Materie auf die Germaniumatome trifft, dann sollten dabei beobachtbare Signale entstehen. Das immer noch schwach vorhandene Hintergrundrauschen der Störstrahlung sollte ungefähr 0,8 Signale pro Kilogram Germanium erzeugen. Gemessen hat man aber zwei Signale! Das ist mehr als erwartet, aber leider nicht gut genug um wirklich sicher sein zu können. Das Hintergrundrauschen kann fluktuieren und vielleicht hatte man gerade Pech und überdurchschnittlich viel Rauschen gemessen.
Kommentare (59)