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Teilchenjagd im Weltall : Ein Fingerabdruck der Dunklen Materie?

  • -Aktualisiert am

AMS-Detektor auf der Internationalen Raumstation. Bild: dpa

Der Teilchendetektor AMS ist der LHC im All: Auf der Raumstation wird er von Antimaterie-Teilchen getroffen und sammelt so Hinweise auf die mysteriöse Dunkle Materie. Nun gibt es erste Daten.

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          Der Teilchendetektor AMS02 hat den zuvor gemessenen Positronenüberschuss in der kosmischen Strahlung bestätigt – eine Erklärung für die Herkunft dieser Teilchen liefert er aber nicht. Die Dunkle Materie bleibt eine mögliche Erklärung, oder ein naher Pulsar.


          Lange hat sich die AMS02-Kollaboration mit der Veröffentlichung ihrer ersten physikalischen Resultate Zeit gelassen. Am Mittwochnachmittag, fast zwei Jahre nach dem Start des Experiments im Mai 2011, war es so weit. Samuel Ting, Leiter der AMS-Kollaboration, präsentierte am Forschungszentrum Cern in Genf das erste von AMS02 gemessene Spektrum kosmischer Positronen.

          Positronen, die Antiteilchen der Elektronen, entstehen einerseits bei der Kollision kosmischer Partikel untereinander, andererseits sollten auch die hypothetischen Dunkle-Materie-Teilchen, die so genannten Wimps, zusätzliche Positronen beisteuern. Dunkle Materie macht offenbar rund ein Viertel des Materie-Energieinhalts des Universums aus, wie erst kürzlich der Planck-Satellit der Esa bestätigte. Tatsächlich messen Physiker schon seit Jahren einen Überschuss von Positronen in der kosmischen Strahlung. Doch ob dieser tatsächlich von der Dunklen Materie stammt, oder von nahen Pulsaren in der Milchstraße, ist eine bislang völlig offene Frage.

          Briefing vor dem AMS-Seminar: Cern-Direktor Rolf-Dieter Heuer, Nasa-Astronaut Mark Kelly  und Nobelpreisträger Samuel Ting.

          Dementsprechend ungeduldig hatte die Forschergemeinde auf die AMS02-Resultate gewartet – ist der 1,5 Milliarden Euro teure Detektor doch das bislang größte Experiment, das je zur Vermessung der kosmischen Teilchenstrahlung ins All gestartet ist. Rund 25 Milliarden Teilchen hat das sieben Tonnen schwere Experiment zwischen Mai 2011 und Dezember 2012 registriert, darunter 400.000 Positronen – mehr als jedes Weltallexperiment zuvor. AMS02 befindet sich am Außengerüst der Internationalen Raumstation in rund 400 Kilometern Höhe über dem Erdboden – und ist dort das einzige physikalische Grundlagenexperiment, wie Ting betonte.

          Nobelpreisträger Tsing bei der Vorstellung der AMS-Daten in Genf.

          Auch wenn sich Ting, der 1976 mit dem Physik-Nobelpreis für die Entdeckung eines neuen Teilchens ausgezeichnet worden war, mit der Performance des Detektors sehr zufrieden zeigte – die Antwort auf die entscheidende Frage muss weiter offen bleiben: Zwar bestätigen die AMS02-Daten den zuvor bereits bekannten Positronenüberschuss zwischen Energien von 10 und 350 GeV, seine Herkunft lässt sich aber weiterhin auch durch nahe Pulsare erklären. Einen Beweis für die Existenz der Dunkle-Materie-Wimps liefert auch AMS02 vorläufig nicht.

          Dennoch zeigte sich Ting zuversichtlich:„Innerhalb der kommenden Monate wird AMS uns endgültig sagen können, ob diese Positronen ein Signal der Dunklen Materie sind, oder ob sie einen anderen Ursprung haben.“ (hier geht es zum Vortrag von Samuel Tsing im Cern).

          In der nun in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichten Arbeit seien gerade einmal zehn Prozent der während der angestrebten 20-jährigen Lebensdauer des AMS02-Detektors erwarteten Daten enthalten. (hier das Original-Paper in PRL, Gerüchten zufolge begutachtet und veröffentlicht in weniger als drei Wochen)

          Auch sehe man keinerlei räumliche oder zeitliche Anisotropie in der Zahl der ankommenden Positronen. Mit anderen Worten: die Teilchen erreichen uns gleichmäßig aus allen Richtungen am Himmel, so, wie man es erwartet, wenn sie von überall im Weltall verteilter Dunkler Materie stammten.

          Twitter-Reviews nach dem Vortrag: Viele Experten wollen mehr Daten sehen, ehe sie sicher sind, dass die Positronen von Dunkler Materie stammen.


          Am Cern ist man vorsichtiger mit Prognosen. In der Pressemeldung ist eher von „mehreren Jahren“ die Rede, die bis zu einer Entscheidung vergehen könnten. Überhaupt ist unwahrscheinlich, dass ein Experiment alleine das Rätsel der Dunklen Materie wird lösen können: Versuche, Wimps anhand ihrer Stöße mit Atomkernen in unterirdischen Experimenten direkt nachzuweisen, blieben bislang erfolglos oder lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Und auch am Beschleuniger LHC hat man bislang keinerlei Hinweise auf die Existenz neuer Teilchen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden. Die Dunkle Materie – sie bleibt ein Rätsel.

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