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Dunkle Materie: Ein rätselhaftes Signal

Lange machte eine besonders gründlich arbeitende Forschergruppe anderen Dunkle-Materie-Jägern das Leben schwer. Nun ist sie selbst auf eine sonderbare Fährte gestoßen, die weltweit für Diskussionen sorgt.
Mit dem Experiment XENON1T jagen Forscherinnen und Forscher nach dunkler Materie. Zu sehen ist die TPC-Kammer nach der Montage in einem Reinraum.Laden...

Bisher waren die Wissenschaftler des XENON-Experiments so etwas wie die Spielverderber bei der Suche nach Dunkler Materie. Schon 2006 hat die Gruppe in einem Labor unter dem Gebirgsmassiv des Gran Sasso d'Italia einen Detektor aufgestellt, in dem Teilchen der rätselhaften Substanz eigentlich hängen bleiben müssten – sofern sie sich so verhalten wie gedacht. Doch während konkurrierende Gruppen, die ähnliche Fallen betrieben, immer wieder wackelige Indizien für Interaktionen zwischen Dunkler Materie und irdischen Atomkernen präsentieren, sorgte das deutsch-amerikanisch geführte XENON-Team stets für Ernüchterung. Egal wie genau die Forscher hinschauten, egal wie sehr sie ihren unterirdischen Edelgastank vergrößerten und verbesserten: Die Dunkle Materie tauchte einfach nicht auf.

Nun ist die 163-köpfige XENON-Kollaboration doch noch auf etwas gestoßen, was sich als Fährte zur Dunklen Materie entpuppen könnte, mit viel Glück zumindest. ­Zwischen Februar 2017 und Februar 2018 sei es in der damaligen Ausbaustufe des Detektors zu überraschend vielen Teilchenzusammenstößen gekommen, verkündeten die Forscher im Juni 2020. Für Aufsehen sorgte dabei vor allem eine der möglichen Interpretationen: Die Elektronen im Tank von XENON1T könnten von neuartigen Elementarteilchen getroffen worden sein, beispielsweise so genannten Axionen, die bisher nur auf dem Papier existieren. Experten handeln solche ultraleichten Partikel schon länger als mögliche Erklärung für die Dunkle Materie; ihr Nachweis wäre eine nobelpreiswürdige Sensation …

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  • Quellen

Aprile, E. et al.: Observation of excess electronic recoil events in XENON1T. Physical Review D 102, 2020

Di Luzio, L. et al.: Solar axions cannot explain the XENON1T excess. Physical Review Letters 125, 2020

Fuminobu, T. et al.: XENON1T anomaly from anomaly-free ALP dark matter and its implications for stellar cooling anomaly. ArXiv 2006.10035, 2020