02.09.2026 • Teilchenphysik

LZ verzeichnet mögliche Signatur eines WIMPs

Das LUX-ZEPLIN-Experiment hat eine Wechselwirkung beobachtet, die auf ein Dunkle-Materie-Teilchen zurückgehen könnte; zur Bestätigung benötigen die Forscher jedoch weitere Daten.

Eine neue Auswertung des Large Underground Xenon – Zoned Proportional scintillation in Liquid Noble gases (LZ) Experiments in den USA hat eine Einzelteilchenwechselwirkung aufgezeichnet, die sich die Forschenden nur sehr schwer mit bekannten Hintergrundsignalen aus normaler Materie erklären können. Das Ergebnis erreicht zwar noch nicht die statistische Schwelle, die für die Bekanntgabe einer Entdeckung erforderlich ist, stellt jedoch den bislang erfolgversprechendsten Hinweis auf Dunkle Materie dar, den das Experiment bisher gemeldet hat. Die Ergebnisse wurden im Rahmen eines wissenschaftlichen Vortrags auf der Konferenz „2026 TeV Particle Astrophysics“ in Japan vorgestellt. Der verfasste Artikel wird im Online-Repositorium arXiv veröffentlicht und bei einer Fachzeitschrift eingereicht.

The LUX-ZEPLIN main detector in a surface lab before installation underground. (Credit: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility)

„Dies ist ein spannendes Ereignis in den Daten. Es liegt in einem Bereich, in dem wir erwarten, dass Dunkle Materie auftritt, und in dem die konkurrierenden Hintergrundsignale sehr gering sind“, sagte Rick Gaitskell, Professor an der Brown University und Sprecher von LZ. „Da es sich nur um ein einziges Ereignis handelt, wollen wir nichts überstürzen. Wir behaupten nicht, Dunkle Materie beobachtet zu haben. Aber wir haben etwas Interessantes beobachtet, das wir der wissenschaftlichen Gemeinschaft mitteilen möchten, um ihre Meinung dazu einzuholen.“

Die LZ-Kollaboration wertet experimentelle Daten in Chargen aus. Im Rahmen der neuen Ergebnisse analysierten die Forscher Daten aus 220 Betriebstagen, die zwischen März 2023 und April 2024 erfasst wurden. Zuvor hatte die Kollaboration diesen Datensatz bereits auf schwache Signale der einfachsten Arten von WIMP-Wechselwirkungen untersucht. Bei der neuen Analyse wurde nach einem breiteren Spektrum möglicher WIMP-Wechselwirkungen gesucht, die mehr Energie im Detektor hinterlassen könnten. LZ ist besonders empfindlich für solche Signale und minimiert gleichzeitig die Anzahl von False Positives.

„Dies war eine detaillierte Untersuchung in einem Bereich, den wir uns vorher noch nicht angeschaut hatten, und wir haben monatelang zusätzliche Arbeit investiert, um alle möglichen Ursachen für Hintergrundereignisse zu verstehen“, sagte Sam Eriksen, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bristol im Vereinigten Königreich und Erstautor der Studie. „Wir verstehen unseren Detektor und die Hintergründe so gut, dass selbst ein einziges außergewöhnliches Ereignis, wie das, das wir hier haben, von Bedeutung ist. Wir gehen davon aus, dass Ereignisse mit Dunkler Materie extrem selten sind, sodass bereits eine Handvoll davon den Nachweis von WIMP-DM bedeuten könnte.“

Sollte das anomale Ereignis durch Dunkle Materie verursacht worden sein, hätte das WIMP, das es erzeugt hat, wahrscheinlich eine Masse von mindestens 200 GeV/c² – mehr als eigentlich erwartet. Dies würde zudem auf eine spezifische Art der Wechselwirkung zwischen WIMPs und gewöhnlicher Materie hindeuten, die über das einfachste Modell hinausgeht. Die LZ-Ergebnisse haben noch nicht die „5-Sigma“-Signifikanz erreicht, die statistische Schwelle, ab der von einer Entdeckung gesprochen wird. Die Analyse liegt bei 2,6 σ, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, das Ereignis durch bekannte Hintergrundsignale erklären zu können, bei etwa 0,5 % liegt. Mit zusätzlichen Daten – und Vergleichen mit anderen Experimenten wie XENONnT und PandaX – können die Forschenden überprüfen, ob die Signifikanz des Funds weiter zunimmt oder sich als Fluktuation erweist.

LZ sucht nach Dunkler Materie, indem es nach charakteristischen Lichtblitzen Ausschau hält, die durch im Detektor deponierte Energie entstehen. Die Kollaboration nutzt verschiedene Methoden, um Wechselwirkungen von Teilchen, die durch normale Materie verursacht werden, zu verhindern oder zu berücksichtigen. Dazu gehören eine Meile Gestein, die den Detektor vor kosmischer Strahlung abschirmt, ein Wassertank und äußere Detektoren, die das flüssige Xenon im Kern vor Hintergrundneutronen schützen, sowie eine Reihe von Rechenwerkzeugen, die Teilchenwechselwirkungen entwirren und Nachahmer der Dunklen Materie aussortieren.

„Ausreißer in den Daten sind nicht unerwartet, aber wenn man sie genauer betrachtet, fallen sie in der Regel als eine Art Hintergrund auf“, sagte Aaron Manalaysay, Physiker am Berkeley Lab und Vorsitzender des Institutional Boards von LZ. „Dies ist das erste Beispiel in einem Experiment, an dem ich je gearbeitet habe, bei dem ein Ausreißer in jeder Hinsicht gültig erscheint. Natürlich zerbrechen wir uns weiterhin den Kopf darüber, ob es einen seltenen Hintergrundmechanismus gibt, den wir übersehen haben könnten, aber es ist aufregend, sich zu fragen, ob dies der erste Hinweis auf eine Beobachtung von Dunkler Materie sein könnte.“ [LBL / dre]