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Auf der Suche nach versteckten Photonen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Hamburg
astronews.com
15. Dezember 2011
Wissenschaftler der Sternwarte der Universität Hamburg haben
jetzt mit Beobachtungen unter Verwendung eines für Astronomen ungewöhnlichen
Instruments begonnen: Es handelt sich dabei um ein Teleskop, in das kein Licht
fallen darf. Sie suchen auf diese Weise nach mysteriösen Elementarteilchen, den
versteckten Photonen.
Erreichen uns
von der Sonne auch versteckte Photonen?
Bild: NASA |
An der Hamburger Sternwarte beginnt jetzt mit dem Experiment SHIPS eine neue
Ära astronomischer Beobachtungen: die Suche nach versteckten Photonen.
Versteckte Photonen (Hidden Photons) sind eine Klasse bisher kaum erforschter
Elementarteilchen von möglicherweise fundamentaler physikalischer und
astrophysikalischer Bedeutung. Sie könnten für bislang noch rätselhafte
Phänomene im Weltall verantwortlich und eventuell Bestandteil der
geheimnisvollen Dunklen Materie sein. Das SHIPS-Team benutzt dafür ein Teleskop,
in das kein Licht eindringen darf.
"Mit SHIPS schaffen wir eine ganz neue Kategorie von astronomischen
Beobachtungsstationen für diese noch hypothetischen, aber hoch interessanten
Elementarteilchen", erklärt der für das Experiment verantwortliche Prof. Günter
Wiedemann von der Sternwarte der Universität Hamburg. An SHIPS sind außer der
Hamburger Sternwarte Wissenschaftler von DESY und dem Max-Planck-Institut für
Physik in München beteiligt. Im Experiment soll, so die Hoffnung des Teams, der
Beweis der Existenz von Hidden Photons erbracht sowie deren Masse und
Anzahl bestimmt werden.
Hidden Photons sind mit normaler Materie nur sehr schwach
wechselwirkende Elementarteilchen, deren Existenz und Verhalten von
theoretischen Modellen beschrieben werden. "Der Theorie nach kann es eine ganze
Serie von versteckten leichten Teilchen geben, die aber bisher niemand
experimentell nachweisen konnte", erläutert Dr. Andreas Ringwald vom Hamburger
DESY, der zusammen mit Wiedemann das Projekt leitet. "Diese Teilchen könnten die
von vielen Beobachtungen geforderte Dunkle Materie ausmachen, aus der etwa ein
Fünftel unseres Universums besteht."
Die versteckten Photonen, so sagen es zumindest bestimmte von der
Stringtheorie inspirierte Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysiker
voraus, sollen in großer Zahl in lichtstarken Objekten wie der Sonne entstehen.
Sie können, ähnlich wie die besser dafür bekannten Neutrinos, ihren Zustand
ändern und sich mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit in normale
(elektromagnetische) Photonen umwandeln. Diese können dann mit einem
Lichtteilchen-Teleskop, in das von außen kein Licht gelangen darf, nachgewiesen
werden. Und genau dies will das Team nun in Hamburg versuchen.
Dazu wurde an der Sternwarte gerade das erste Telescope for Solar Hidden
Photon Search (TSHIPS I) installiert und probeweise in Betrieb genommen. Es
besteht aus einer langen luftleeren und auf die Sonne ausgerichteten optischen
Reaktionskammer. Wegen der vermutlich sehr schwachen Signale, und da nur die im
Teleskop entstehenden Photonen detektiert werden sollen, müssen die Optik und
der hochempfindliche Detektor sorgfältig gegen jegliches Umgebungslicht
abgeschirmt werden. Mit ersten aussagefähigen Messungen rechnen die
Wissenschaftler bereits nach wenigen Wochen.
Mit dem Projekt Solar Hidden Photon Search (SHIPS) intensivieren die
Wissenschaftler von der Hamburger Sternwarte und DESY ihre Zusammenarbeit, die
mit dem Projekt Any Light Particle Search (ALPS) begonnen hatte. SHIPS
ist ein Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs 676 "Teilchen, Strings und
frühes Universum" der Universität Hamburg und wird durch den Cluster "Connecting
Particles with the Cosmos" der Landesexzellenzinitiative LEXI gefördert.
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