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Dunkle Materie: Der Sog der Sonne

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Bei der Suche nach Dunkler Materie müssen Physiker in Zukunft den Einfluss der Sonne stärker berücksichtigen. Das ist das Ergebnis einer Studie, die eine Forschergruppe um Samuel K. Lee von der Princeton Universität in Physical Review Letters veröffentlicht hat. Demnach könnte unser Zentralgestirn jenen Strom Dunkler-Materie-Teilchen bündeln, der das Sonnensystem zu jeder Zeit durchdringen soll. Der allenfalls mit unterirdischen Detektoren wahrnehmbare Wind der hypothetischen Geisterteilchen könnte demnach bereits Mitte Mai am stärksten wehen – und nicht Anfang Juni, wie Wissenschaftler bisher vermutet haben.

Die Dunkle Materie soll aus schwer nachweisbaren Elementarteilchen bestehen, die sich wie ein feiner Nebel zwischen den Sternen verteilen. Auf seinem Weg um das galaktische Zentrum sollte unser Sonnensystem ständig durch diesen unsichtbaren Nebel tauchen; die Folge ist ein Wind aus Dunklen-Materie-Teilchen, der die Erde kontinuierlich durchdringt. Forscher versuchen seit Längerem, einige der Partikel mit Untergrunddetektoren aufzufangen.

Einige der Experimente halten Ausschau nach einer saisonalen Signalschwankung: Bewegt sich die Erde auf ihrem Weg um die Sonne in Flugrichtung des Sonnensystems, sollte der Strom der Dunklen-Materie-Teilchen stärker werden, die Anzahl der Signale im Detektor also zunehmen. Bewegt sich die Erde während des anderen Halbjahres entgegen der Flugrichtung des Sonnensystems, sollten die elusiven Teilchen langsamer auf die Erde einprasseln, was weniger Rauschen in den Detektoren der Forscher zur Folge hätte. Bisherige Rechnungen gehen davon aus, dass der Strom der Dunklen-Materie-Teilchen am 1. Juni am größten und am 1. Dezember am schwächsten ist.

Die Forscher um Samuel K. Lee berücksichtigten nun einen Effekt, dem bisherige Arbeiten womöglich nicht genug Bedeutung beigemessen haben: Die Schwerkraft der Sonne bündelt den Strom der Geisterteilchen. Dadurch wird die Bahn der Dunklen-Materie-Teilchen im Sonnensystem gekrümmt. Ihre Geschwindigkeit hinter der Sonne werde etwas vergrößert, schreiben die Forscher. Dieser Effekt könne dazu führen, dass der Dunkle-Materie-Wind schon im Mai sein Maximum erreicht. Die Erklärung: Die Erde erreicht wegen der nach hinten gekrümmten Flugbahnen der Dunklen-Materie-Teilchen gewissermaßen etwas früher im Jahr den Punkt auf ihrer Umlaufbahn, an dem sie dem Strom der Geisterpartikel unmittelbar entgegenfliegt.

Messbar wäre der Effekt für Partikel, die schwerer als 15 Gigaelektronenvolt sind, weil diese eine stärkere Schwerkraft erfahren. Damit hat die Arbeit Relevanz für eine schon länger tobende Debatte unter Dunkle-Materie-Jägern: Der Detektor Dama/Libra, der im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor steht, zeichnet seit vielen Jahren ein schwankendes Signal auf, das stets im Mai am stärksten ist. Das Ergebnis wäre kompatibel mit Dunkle-Materie-Teilchen mit einer Masse von 10 respektive 80 Gigaelektronenvolt. Letztere würden vom Sog der Sonne merklich beeinflusst, schreiben die Autoren. Ihren Berechnungen zufolge würden sie zu einem Signalmaximum zwischen dem 19. und 22. Mai führen – so wie es Dama/Libra beobachtet. Ein Problem lässt sich mit der Arbeit allerdings nicht ausräumen: Von den Dunkle-Materie-Teilchen, die das italienische Team unter dem Gran Sasso aufgespürt haben will, haben mehrere andere Experimente bisher keine Spur entdeckt.

4. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 4. KW 2014

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