Bisher empfindlichste Messungen zu Dunkler Materie geglückt

Der Grossteil des Universums besteht aus etwas, das Forschende noch nicht direkt nachweisen konnten: Dunkler Materie. Indirekte Belege für ihre Existenz gibt es aber: So hält sie offenbar Galaxien zusammen, die aufgrund ihrer Rotation eigentlich auseinanderfliegen müssten, indem sie ihnen zusätzliche Masse verleiht. Sie müsste etwa fünfmal häufiger sein als normale Materie.

Es wäre einer der ganz grossen Durchbrüche der Teilchenphysik, den direkten Nachweis für Dunkle Materie zu erbringen und ihre Eigenschaften erforschen zu können. Dafür suchen Forschende nach den extrem schwachen Wechselwirkungen zwischen Dunkle-Materie-Teilchen und normalen Teilchen. Bisher ohne Erfolg.

Mit dem neuen hochempfindlichen Messinstrument XENON1T der XENON-Kollaboration, an der aus der Schweiz die Universität Zürich beteiligt ist, könnte das nun vielleicht endlich gelingen, wie die Uni Zürich am Donnerstag mitteilte. Die ersten 30 Messtage haben die bisher besten Messresultate zu Dunkler Materie geliefert, berichtet das Forschungskonsortium am Donnerstag an einer Fachkonferenz.

XENON1T habe den bisherigen Rekord für die geringste Radioaktivität um viele Grössenordnungen verbessert, hiess es. Radioaktivität stört nämlich die Messungen. Um dieses Störrauschen möglichst gering zu halten, steht der auf dem Edelgas Xenon-basierende Detektor gut abgeschirmt im Gran-Sasso-Untergrundlabor in Italien.

Den «Schutzschirm» bildet ein riesiger Wassertank mit hochreinem Wasser, in dem der Detektor in einer Isolierhülle bei minus 95 Grad Celsius operiert. Wenn ein Teilchen mit dem so gekühlten flüssigen Xenon im Inneren wechselwirkt, entstünden winzige Lichtblitze, schrieb die Uni Zürich. Aus diesen können die Forschenden Ort der Wechselwirkung und Energie des Teilchens bestimmen und feststellen, ob es Dunkle Materie war.

Dafür infrage komme aber nur, was sich im Zentrum des Detektors abspielt, der eine Tonne Xenon umfasst. Der Rest dient als weitere Abschirmschicht.

In den ersten 30 Tagen haben die XENON-Wissenschaftler zwar noch keine Dunkle Materie entdeckt, aber die Daten überträfen an Empfindlichkeit alles bisher dagewesene. Die Chancen stehen also nicht schlecht, dass mit XENON1T in den nächsten Jahren der Durchbruch bei der Suche nach dieser rätselhaften Materie gelingt.