Auf der Suche nach Dunkler Materie

Fermilab - Amerikanischen Forschern gelang es die Sensitivität eines „Dunkle-Materie“-Detektors, um einen Faktor 4 gegenüber den bisher Besten zu steigern. Dadurch ist des den Forschern möglich mehr über die Dunkle Materie zu erfahren als bisher.

Unser Universum besteht nicht nur aus sichtbarer Materie, sondern zum größten Teil aus Dunkler Materie - Materie, über deren Zusammensetzung viel spekuliert wird. Das Verständnis der Dunklen Materie ist jedoch grundlegend für unser Verständnis der Entstehung des Universums.

Kosmologische Daten lassen den Schluss zu, dass Dunkle Materie siebenmal häufiger vorkommt als normale Materie, aus der Sterne, Planeten und alle anderen sichtbaren Objekte bestehen. Beispielsweise trägt die Masse aller Sterne einer Galaxie nur 10 Prozent zur Gesamtmasse der Galaxie bei. Der Rest wird vor allem von Dunkler Materie verursacht.

Beliebte Kandidaten für Dunkle Materie sind so genannte WIMPS - weakly interactive massive particle. Eines dieser Teilchen könnte das Neutralino sein, das leichteste supersymmetrische Teilchen, mit dem hundertfachen der Proton-Masse. Neutralinos sind eine Mischung des Photino, Zino, und neutralem Higgsino, den supersymmetrischen Partner des Photon, Z und Higgs-Boson.

Tief unter der Erde - geschützt von kosmischer Strahlung -, in einer ehemaligen Eisenmine in Soudan, Minnesota, befindet sich das Experiment CDMS II. CDMS steht für Cryogenic Dark Matter Search und ist ein Detektor bestehend aus den beiden Halbleitern Germanium und Silizium. Der Detektor selbst wird auf bis zu 10 mK abgekühlt, um die thermische Bewegung der Moleküle weitestgehend zu reduzieren. Die Forscher messen damit deponierte Ladung und die Rückstoßenergie einer möglichen Neutralino-Nukleon Wechselwirkung.

Photo (Fermilab): Einblick in den Kryostaten. Die hexagonalen Türme sind Teile des Detektors aus Germanium und Silizium.

Forscher des Experimentes CDMS II berichteten auf dem April Meeting der American Physical Society (APS) von einer vierfach bessern Sensitivität gegenüber den besten Werten des europäischen Pendant, dem EDELWEISS Experiment in Grenoble. Mit 90 % Sicherheit konnte  die Wechselwirkungsrate eines 60 GeV schweren WIMP mit weniger als 4x10 ^-43 cm² ermittelt werden, dem entspricht eine einzige Wechselwirkung in 25 Tagen pro Kilogramm Germanium.

Blas Cabrera, Co-Sprecher der CDMS II Kollaboration, erklärt: „Die erreichte Verbesserung der Empfindlichkeit entspricht der Verdoppelung des Durchmesser eines Teleskops, welches nun eine vierfach höhere Lichtausbeute hat.“ In den nächsten Jahren wird eine Verbesserung um den Faktor 20 erwartet.

Die Kollaboration ist sich sicher: Entweder entdeckt CDMS II Dunkle Materie im Universum, oder eine ganze Reihe supersymmetrischer Modelle kann ausgeschlossen werden. CDMS II wird auf jeden Fall in den nächsten Jahren viel zu unserem Verständnis des Kosmos und der Teilchenphysik beitragen.


Matthias Hahn


Weitere Infos:

• Hintergrundinformation:
  http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/CDMS_Background.html   
• CDMS home page:
  http://cdms.berkeley.edu/index.html   
• EDELWEISS:
  http://edelweiss.in2p3.fr/index_newe.html

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