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XENON100
Suche nach WIMPs bislang erfolglos
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik
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18. Juli 2012

Die Wissenschaftler der XENON-Kollaboration haben ein neues Zwischenergebnis ihrer Suche nach den Teilchen vorgestellt, die allgemein als vielversprechendster Kandidat für die Dunkle Materie gelten. Die Analyse der Daten von 13 Monaten Laufzeit des XENON100-Detektors ergab keinen Beweis für die Existenz dieser sogenannten WIMPs, schränkte aber den künftigen Suchbereich weiter ein.

XENON100

Der XENON100-Detektor ohne die zusätzliche Abschirmung. Oben und unten sind die Lichtsensoren zu sehen. Foto: XENON-Kollaboration / F. Arneodo

Kosmologische Beobachtungen zeichnen in konsistenter Weise ein Bild unseres Universums, in dem die gewöhnliche uns bekannte Materie nur etwa vier Prozent ausmacht, während die bislang unbeobachteten Formen  - Dunkle Materie und Dunkle Energie - den Rest beitragen.

Physiker, die sich mit den kleinsten Bestandteilen unserer Welt beschäftigen, haben in ihren Theorien einen perfekten Kandidaten für die Dunkle Materie ausgemacht. In den Erweiterungen des Standardmodells der Elementarteilchen wird nämlich die Existenz neuer exotischer Teilchen vorhergesagt, sogenannter Weakly Interacting Massive Particles, kurz WIMPs. Es handelt sich dabei um massereiche Teilchen, die nur schwach mit ihrer Umgebung wechselwirken.

Entsprechend groß ist das Interesse, die Existenz solcher WIMPs auch nachzuweisen, würde ihre Entdeckung doch nicht nur das Rätsel um die Dunkle Materie lösen helfen, sondern auch ein neues Bild des Universums bestätigen. Mit dem XENON100-Experiment versucht ein internationales Forscherteam seit einiger Zeit genau dies. Das Experiment ist im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor untergebracht, wo 1.400 Meter Fels die störende kosmische Strahlung abschirmen. Hier hofft man in 62 Kilogramm flüssigem, ultrareinen Xenon winzige Ladungs- und Lichtsignale messen zu können, die bei den seltenen Kollisionen von WIMPs mit Xenon-Atomkernen erwartet werden.

Um falsche Signale aufgrund der restlichen Radioaktivität in der Umgebung des Detektors auszuschließen, werden nur Ereignisse in den inneren 34 Kilogramm des flüssigen Xenons als mögliche Signale gewertet. Zusätzlich ist der Detektor durch Schichten von Kupfer, Polyethylen, Blei und Wasser abgeschirmt, wodurch die potentiellen Störsignale noch weiter reduziert werden.

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2011 hatte die XENON-Kollaboration die Ergebnisse von 100 Messtagen veröffentlicht (astronews.com berichtete). Die dabei erreichte Empfindlichkeit verschob die Grenzen für WIMPs schon um einen Faktor 5 bis 10 im Vergleich zu den früheren Messungen mit XENON10. Die jetzt vorgestellte Serie umfasst die Daten von insgesamt 225 Tagen in den Jahren 2011 und 2012 mit verbesserter Empfindlichkeit.

Allerdings wurde erneut kein Signal gefunden: die beiden beobachteten Ereignisse sind mit dem eines erwarteten "Rauschens" statistisch konsistent. Die neuen Ergebnisse, die im Vergleich zu den Resultaten des vergangenen Jahres eine 3,5-fach höhere Empfindlichkeit aufweisen, schränken allerdings den Suchbereich für WIMPs weiter ein und überdecken teils schon den Parameterbereich, den man für die mysteriösen Partikel vermutet hat.

Die Forscher sind daher zuversichtlich, dass weitere Messungen mit XENON100 und mit dem Nachfolgeexperiment XENON1T, das bereits in Bau ist, entweder Beweise für WIMPs liefern sollten oder aber eine Faktenlage schaffen müssten, die es nötig machen würde, sich nach anderen Formen von Dunkler Materie umzuschauen. Die neuen Resultate sollen in Kürze in der Fachzeitschrift Physical Review Letters eingereicht werden.

An der XENON-Kollaboration sind Wissenschaftler aus 15 Forschungseinrichtungen aus der ganzen Welt beteiligt. Aus dem deutschsprachigen Raum sind dies das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, die Johannes Gutenberg Universität in Mainz, die Westfälische Wilhelms-Universität in Münster sowie die Universität Zürich.

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siehe auch
WIMPs: Neue Grenzen für Dunkelmaterie-Partikel - 14. April 2011
Dunkle Materie: Physiker auf der Jagd nach WIMPs - 19. Januar 2011
Dunkle Materie: Lauschen auf ein Läuten der WIMPs - 26. Februar 2008
Edelweiss II: Jagd nach den WIMPs beginnt - 4. April 2006
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Kernphysik
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