Kein Licht für Dunkle Materie
Die Suche nach dem Dunklen Photon bleibt ergebnislos.
Die wohl größten Rätsel in der Astrophysik sind die Dunkle Energie und die Dunkle Materie. Die Dunkle Energie macht 75 Prozent des Universums und die Dunkle Materie etwa 20 Prozent aus; die uns bekannte Welt beschränkt sich damit auf lediglich rund fünf Prozent der Materie. Ohne Dunkle Energie und Materie lassen sich weder die Ausdehnung des Universums noch dessen Dichteverteilung erklären. Im HADES-Experiment fahndeten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Physikern aus 17 europäischen Instituten nach „dem Teilchen“, das die Dunkle Materie erklären soll. Wie sie kürzlich berichteten, scheidet das Dunkle Photon, auch U-Boson genannt, als möglicher Kandidat zunächst aus.
Abb.: Der HADES-Detektor an der GSI in Darmstadt (Bild: A. Schmah / HADES)
„Das negative Resultat der aktuellen HADES-Experimente ist sehr wichtig, denn es zeigt, dass wir die Dunkle Materie auch in minimalen Abweichungen innerhalb des Standardmodells suchen müssen“, erläutert Burkhard Kämpfer, Leiter der Hadronenphysik-Gruppe am Dresdner Helmholtz-Zentrum. Eine neue heiße Spur liefern etwa die magnetischen Momente der Myonen. Kämpfer sagt: „Bei hochpräzisen Experimenten wurden Hinweise auf Diskrepanzen des Standardmodells entdeckt, womit sich die Grenzen der Physik, wie wir sie heute kennen, verschieben würden.“
Als Dunkle-Materie-Teilchen scheint keiner der bekannten Kandidaten in Frage zu kommen. So ist die Suche nach diesen Teilchen wie die berühmte Suche nach der Nadel im Heuhaufen. „Wir kennen weder die Nadel, also das Teilchen, noch den Heuhaufen, d.h. seinen Aufenthaltsort in der Unendlichkeit des Universums; vermutet wird aber eine Konzentration in Galaxien “, so Kämpfer. „Unsere Detektoren, die wir eigens für das riesige HADES-Spektrometer am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entwickelt und gebaut haben, helfen bei dieser Suche. Sie können einzelne Spuren, die aus dem Zusammenprall von Teilchen herrühren, sehr genau detektieren.“
Abb.: HADES ist einer der größten GSI-Detektoren. (Bild: G. Otto, GSI)
Für die Physiker, die sich in der europäischen HADES-Kollaboration (High-Acceptance Di-Electron Spectrometer) zusammengeschlossen haben, galt das Dunkle Photon als vielversprechender Kandidat für ein Dunkle-Materie-Teilchen. Dieses wird auch U-Boson genannt, was mit der sogenannten „U“-Symmetrie zusammenhängt. Sie macht das Dunkle Photon einerseits zu einem Doppelgänger „normaler“ Lichtteilchen, ermöglicht ihm andererseits aber auch, in eine sehr schwache Wechselwirkung mit normaler Materie zu treten. Daher gehen die Wissenschaftler davon aus, dass das Dunkle Photon genau wie ein gewöhnliches Photon in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen muss. Mit dem Dunklen Photon war die Nadel also vorerst theoretisch identifiziert, als Heuhaufen entpuppten sich spezifische Verteilungen von Elektron-Positron-Paaren, die bei der Kollision von Teilchen an einem großen Beschleuniger entstehen. Messsignale am HADES Detektor im Rahmen aktueller Experimente enttäuschten nun aber die Erwartung der Physiker. Es fand sich nicht die allerkleinste Spur eines Dunklen Photons.
Vom 15. bis zum 20. Juni 2014 findet in Dresden die „International Particle Accelerator Conference (IPAC)“ statt. Etwa 1.500 Beschleunigerphysiker und Detektorexperten aus Europa, Amerika und Asien werden erwartet, wobei Vertreter aller großen Beschleunigerzentren zugegen sein werden.
HZDR / DE
