02.01.2010 · An der Dunklen Materie, die das Universum erfüllt, wird von den Astronomen und Kosmologen kaum mehr gezweifelt. Aber ihre einstweilen noch hypothetischen Teilchen zu finden, ist alles andere als einfach.
Von Jan Hattenbach
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Doch was wir sehen - hier mit dem Hubble Teleskops -, ist gegenüber der Dunklen Materie fast zu vernachlässigen.
Manche physikalische Theorie wirkt auf den ersten Blick fast abenteuerlich. So soll etwa die Dunkle Materie und somit unser ganzes Universum angefüllt sein von geisterhaften Schattenteilchen. Völlig unsichtbar und dennoch massiv wie Atomkerne könnten sie mühelos ganze Planeten wie die Erde durchdringen. Die Dunkle Materie macht aller Wahrscheinlichkeit nach den Hauptteil der Masse des Universums aus. Die uns vertrauten Galaxien, Sterne und Planeten sind demzufolge nur eine Randerscheinung.
Dass es die Dunkle Materie gibt, wird von den Astronomen und Kosmologen kaum noch bezweifelt. Zu zahlreich sind die Hinweise darauf. Ihre Schwerkraft spielt zum Beispiel eine entscheidende Rolle in der Bewegung der Spiralgalaxien. Außerdem lässt sich nur mit ihrer Hilfe verstehen, wie sich großräumige Strukturen im Weltall nach dem Urknall zusammenballen konnten. Über ihre Natur gibt es bislang zahlreiche Hypothesen, aber kaum empirische Befunde.
Die Wimps
Einer gängigen Vorstellung zufolge ist diese Materie aus den hypothetischen Teilchen aufgebaut, die die Wissenschaftler als Wimps („Weakly Interacting Massive Particles“) bezeichnen. Eine Bestätigung dieser These gibt es noch nicht. Bislang – denn in diesem Monat verkündeten amerikanische Wissenschaftler, den Nachweis der geisterhaften Partikeln möglicherweise mit dem CDMS-Experiment („Cryogenic Dark Matter Search-Experiment“) erbracht zu haben.
Zweimal könnte dem Experiment ein Wimp „ins Netz gegangen“ sein. Doch schon während der mit Spannung erwarteten und live im Internet übertragenen Vorstellung der Ergebnisse ist klargeworden, dass von einer Entdeckung der Dunklen Materie vorerst keine Rede sein kann. Zu schwierig ist das verwendete Messverfahren, und zu zahlreich sind die offenen Fragen.
Schwierige Temperaturmessung
Bei dem Experiment werden Germanium und Siliziumkristalle verwendet, deren Atomkerne als Detektor dienen. Wann immer nämlich ein Wimp-Teilchen die Erde durchdringt und den Kristall trifft, besteht – so die Theorie – eine kleine Chance, dass es mit einem Atomkern des Kristallverbunds zusammenstößt. Wie eine Klaviersaite gerät dieser Kern in Schwingung, und dabei entsteht eine Art Schallwelle, die den Kristall um einen winzigen Bruchteil aufheizt. Die Temperaturerhöhung kann zum Nachweis der Kollisionen genutzt werden.
Damit die schwierige Temperaturmessung funktioniert, wird der Kristall bis knapp über dem absoluten Nullpunkt gekühlt. Außerdem muss der gesamte Detektor vor den Teilchen der kosmischen Partikelstrahlung abgeschirmt werden. Die Partikeln treffen permanent die Erde und würden die seltenen Wimp-Ereignisse überlagern. Das CDMS-Experiment befindet sich deshalb geschützt in der stillgelegten Soudan-Mine im amerikanischen Bundesstaat Minnesota. Aber selbst dort gibt es einen Störenfried – die allgegenwärtige natürliche Radioaktivität. Deren Zerfallsprodukte, vor allem Neutronen, können ebenfalls in den Kristall eindringen und dort Stöße verursachen, und die ähneln denen der Wimps.
Hoffnung auf weitere Stoßereignisse
Die „falschen“ Stöße können trotz aller Abschirmmaßnahmen nicht vollständig vermieden werden. So dürfte eines der beiden Ereignisse aus statistischen Gründen auf ein Neutron zurückzuführen sein. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies sogar auf beide zutrifft, beträgt immerhin 25 Prozent – deutlich zu viel, als dass von einer sicheren Entdeckung eines Wimps gesprochen werden kann.
Die bisherigen Ergebnisse stimmen die Forscher aber zuversichtlich, nach der jetzt geplanten Erweiterung des CDMS-Detektors weitere Stoßereignisse registrieren zu können. Dann sollte auch eine eindeutige Entscheidung pro oder contra Dunkle Materie aus Wimps möglich sein. Auch andere Experimente lieferten in der jüngeren Vergangenheit Hinweise auf ihre Existenz, etwa durch Messungen der kosmischen Strahlung. Bislang ließen sich die Messdaten aber auch durch andere, weniger exotische Quellen erklären. Letztlich blicken die Physiker erwartungsfroh nach Genf. Mit dem derzeit anlaufenden Beschleuniger LHC könnte es in wenigen Jahren möglich sein, Wimps künstlich zu erzeugen – vorausgesetzt, die Theorie stimmt.
