Axionen auf der Spur
Neues Röntgenexperiment am European XFEL könnte einige Rätsel der Physik lösen.
Forscher des European XFEL haben gemeinsam mit dem HIBEF-Nutzerkonsortium an der High-Energy-Density-Experimentierstation HED nach Axionen gesucht. Diese hypothetischen Teilchen sollen beispielsweise erklären, warum Neutronen kein elektrisches Dipolmoment besitzen, obwohl die Kernbausteine Quarks bestehen. Sollte dieser Prozess beobachtet werden, wäre es zudem ein Hinweis für eine neue Physik jenseits des Standardmodells. Darüber hinaus sind Axionen ein Kandidat für die dunkle Materie, die geheimnisvolle Substanz, die den größten Teil der Masse des Universums ausmacht.
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Für ihre Experimente nutzten die Forscher den größten und leistungsstärksten Röntgenlaser der Welt: European XFEL in Schenefeld bei Hamburg. Den intensiven Röntgenstrahl leiteten sie durch dünne Plättchen aus Germaniumkristallen. Die weisen im Inneren ein starkes elektrisches Feld auf. Für sich bewegende Teilchen erscheint das wie ein extrem starkes Magnetfeld von rund tausend Tesla. Das ermöglicht es den Photonen, so die Hypothese, sich in Axionen umzuwandeln und wieder zurück.
Eine zwischen den Kristallen eingefügte Titanfolie wirkt dabei als Barriere für die Photonen und ließe nur die gesuchten Axionen durch. Diese werden dann aufgespürt, wenn sie sich im Kristall auf der anderen Seite wieder in Photonen umwandeln.
In ihrer Machbarkeitsstudie haben die Forscher gezeigt, dass ihr Aufbau in der Empfindlichkeit für Axionen mit Experimenten mit Teilchenbeschleunigern konkurrieren kann. Sie ebnen damit den Weg für Experimente, bei denen sich Axionen im Massenbereich von Milli- bis Kiloelektronenvolt messen ließen. Ziel der Forscher ist es, die Empfindlichkeit noch um einen Faktor von mehreren Hundert zu verbessern, um Axionen nachweisen zu können, die von der Theorie der Quantenchromodynamik vorhergesagt werden.
European XFEL / RK
