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Suche nach Dunkler Materie : Eine halbe Ewigkeit

  • -Aktualisiert am

Der Photodetektor des Xenon1t-Experiments. Bild: Xenon Collaboration

Oft haben Physiker eine ganz bestimmte Vorstellung von dem, was sie suchen. Doch selbst wenn der erwartete Erfolg ausbleibt, kann es interessante Entdeckungen geben – wie jüngst beim Xenon1t-Experiment.

          Wer suchet, der findet – wenn auch nicht unbedingt das Gesuchte. Das gilt im Alltag wie in den Naturwissenschaften. Da fahnden Physiker seit Jahren nach einem Elementarteilchen, das all die Dunkle Materie erklären soll, die Astronomen im Kosmos vermuten. Gefunden haben sie es bislang nicht. Dafür aber nun eine extrem seltene Teilchenreaktion, die ihren Dunkle-Materie-Detektor langsam zersetzt – einen winzigen Teil davon jedenfalls.

          Die Rede ist vom „doppelten Elektroneneinfang“. Dabei fängt ein Atomkern zwei Elektronen simultan aus seiner Atomhülle ein. Diese wandeln zwei positiv geladene Protonen in Neutronen um; ein neues chemisches Element entsteht. Doch die Halbwertszeit dieses Prozesses ist wahrhaftig astronomisch: Beim radioaktiven Isotop Xenon-124 beträgt sie stolze 18 Trilliarden Jahre, über eine Billion Mal so lang wie das Alter des Universums. Bis ein einzelner Xenon-124-Kern mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent in Tellur-124 zerfallen ist, braucht es also eine halbe Ewigkeit.

          Lichtsignale ausgelöst durch Dunkle Materie

          So lange mussten die Wissenschaftler des „Xenon1t“-Experiments nicht warten. Sie beobachteten schließlich bei ihrer Suche nach der Dunklen Materie eine große Menge von Xenonatomen auf einmal. Über drei Tonnen des Edelgases in verflüssigter Form haben sie dazu in einem Tank angesammelt, vor störenden äußeren Einflüssen geschützt anderthalb Kilometer tief unter dem Felsmassiv des Gran Sasso in Mittelitalien. Wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen mit einem Xenonkern kollidiert, dann sollte dieser, so das Kalkül, ein kurzes Lichtsignal aussenden.

          Die Forscher fanden tatsächlich Signale, doch stammten diese nicht von der Dunklen Materie. Zwischen 2017 und 2018 lösten stattdessen 126 zerfallende Xenon-124-Kerne die Messgeräte aus, wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Nature“ berichten. Statt einer der seltenen Dunkle-Materie-Kollisionen beobachteten sie also einen vielleicht noch selteneren Prozess. Damit darf sich Xenon1t immerhin als erster Dunkle-Materie-Detektor einer echten Entdeckung rühmen. Für sein eigentliches Ziel ist weiter Geduld gefragt.

          Ob die Analogie aus dem Haushalt weit trägt, ist jedoch ungewiss. Dort tauchen Impfpass, Autoschlüssel oder Lesebrille irgendwann auf, sofern der Suchende nicht vorher aufgibt. Sie existieren schließlich, irgendwo. In Sachen Dunkle Materie ist das längst nicht sicher. Da gibt es sogar Zweifel, ob sie wirklich aus nachweisbaren Teilchen besteht. Zumindest um den Detektor muss man sich keine Sorgen machen. Gerade einmal 0,1 Prozent seines Inhalts ist Xenon-124. Die restlichen Xenon-Isotope sind stabil, für die nächsten 18 Trilliarden Jahre.

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