Physiker schlagen eine neue Möglichkeit vor, um nach Dunkler Materie zu suchen. Sie vermuten, dass Dunkle-Materie-Teilchen sich gegenseitig auslöschen und eine sogenannte Dunkle Strahlung abgeben, wenn sie miteinander kollidieren. Wenn dem so ist, dann sollten wir in der Lage sein, die Signale dieser Strahlung zu registrieren.
Der Großteil der Masse im Universum bleibt unbekannt. Obwohl nur sehr wenig über diese Dunkle Materie bekannt ist, kann ihr Gesamtvorkommen präzise gemessen werden. Mit anderen Worten: Physiker wissen, dass es sie gibt, aber sie haben sie noch nicht nachgewiesen.
Sie ist es definitiv wert, nach ihr zu suchen, argumentiert Ian Showmaker, ein früherer Postdoktorand am Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3) des Department of Physics, Chemistry and Pharmacy an der University of Southern Denmark (jetzt an der Pennsylvania State University in den USA). “Es gibt keine Möglichkeit vorherzusagen, was wir mit Dunkler Materie machen könnten, wenn wir sie nachweisen. Aber sie könnte unsere Welt revolutionieren. Als Wissenschaftler die Quantenmechanik entdeckten, wurde sie als Kuriosität betrachtet. Heute spielt die Quantenmechanik eine wichtige Rolle bei Computern”, sagte er.
Seit die Dunkle Materie erstmals postuliert wurde, gab es viele Ansätze, nach ihr zu suchen. Jetzt schlagen Ian Shoemaker und seine Kollegen, der außerordentliche Professor Mads Toudal Frandsen (CP3) und John F. Cherry (Postdoktorand am Los Alamos National Laboratory in den USA), einen neuen Ansatz vor. Sie präsentieren ihre Arbeit im Journal Physical Review Letters.
Die Suche in unterirdischen Höhlen
Auf der Erde werden verschiedene Detektoren in unterirdischen Hohlräumen platziert, wo das Störrauschen minimiert ist. Die Hoffnung ist, dass einer dieser Detektoren eines Tages ein Teilchen der Dunklen Materie beim Durchqueren der Erde einfangen wird. Shoemaker zufolge ist es möglich, dass dies geschehen könnte, aber wenn man darüber nachdenkt, wie wenig wir über Dunkle Materie wissen, sollten wir aufgeschlossen bleiben und alle Wege erforschen, die zu ihrem Nachweis führten könnten.
Ein Grund dafür ist, dass Dunkle Materie in unserem Teil des Universums nicht sehr dicht ist. “Wenn wir eine weitere Möglichkeit zur Suche nach Dunkler Materie ergänzen – die von uns vorgeschlagene Möglichkeit -, dann werden wir unsere Chancen für den Nachweis von Dunkler Materie in unseren unterirdischen Hohlräumen erhöhen”, sagte Shoemaker. Er und seine Kollegen schlagen nun vor, nach den Anzeichen für die Aktivität von Dunkler Materie zu suchen, anstatt nach den Teilchen der Dunklen Materie selbst.
Die Forscher vermuten, dass zwei Dunkle-Materie-Teilchen sich genau wie gewöhnliche Teilchen verhalten werden, wenn sie miteinander kollidieren: Sie werden sich auslöschen und bei dem Prozess Strahlung erzeugen. In diesem Fall wird die Strahlung als Dunkle Strahlung bezeichnet und könnte von den existierenden Detektoren unter der Erde registriert werden. (Anm. d. Red.: Die Formulierung bezieht sich auf Teilchenpaare aus gewöhnlicher Materie und Antimaterie, die sich bei einer Kollision gegenseitig vernichten und Strahlung freisetzen.)
“Nachweisexperimente unter der Erde könnten in der Lage sein, die von der Dunklen Strahlung erzeugten Signale zu registrieren”, sagte Shoemaker. Die Forscher haben festgestellt, dass das Large Underground Xenon (LUX) Experiment dieses Signal tatsächlich bereits auffangen und mit zukünftigen Daten ihre Hypothese über den Ursprung der Dunklen Materie bestätigen oder widerlegen könnte.
Nicht vergessen, auch in der Milchstraßen-Galaxie zu suchen
Der Ansatz, Signale von Dunkler Strahlung zu registrieren, ist keine völlig neue Idee. Er wird momentan mit satellitenbasierten Experimenten an vielen Orten im Weltraum verfolgt. Dazu gehören das Zentrum unserer Milchstraßen-Galaxie, und die Sonne könnte auch ein solches Gebiet sein.
“Es ergibt Sinn, an bestimmten Orten im Weltraum nach Dunkler Strahlung zu suchen – dort wo wir erwarten, dass sie viel dichter ist als auf der Erde”, erklärte Shoemaker. “Wenn es in diesen Gebieten eine Häufigkeit von Dunkler Materie gibt, dann würden wir davon ausgehen, dass sie sich gegenseitig auslöscht und Strahlung erzeugt.”
Keines der satellitenbasierten Experimente hat bisher Dunkle Strahlung registriert. Laut Shoemaker Frandsen und Cherry könnte das daran liegen, dass die Experimente nach den falschen Signalen suchen. “Die traditionellen, satellitenbasierten Experimente suchen nach Photonen, weil sie erwarten, dass Dunkle Materie bei der Auslöschung Photonen freisetzt. Aber wenn Dunkle Materie bei der Auslöschung Dunkle Strahlung erzeugt, dann sind diese satellitenbasierten Experimente aussichtslos.”
In den frühen Zeiten des Universums, als die gesamte Materie noch extrem dicht war, könnte Dunkle Materie ständig miteinander kollidiert sein und sich unter Freisetzung von Strahlung ausgelöscht haben. Das geschah auch mit normaler Materie, deshalb sei es nicht unwahrscheinlich, dass sich Dunkle Materie auf die gleiche Art und Weise verhält, so argumentieren die Forscher.
Quelle: http://www.sdu.dk/en/Om_SDU/Fakulteterne/Naturvidenskab/Nyheder/2015_08_18_dark_radiation
(THK)
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