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Suche nach Axionen: Wieder keine Dunkle Materie

Besteht die Dunkle Materie aus besonders leichten Elementarteilchen? Eine erste Suchkampagne lässt die Frage weiter offen.
Ultraleichte Teilchen, AxionLaden...

Sollte das Universum von unsichtbaren, extrem leichten Elementarteilchen gefüllt sein, verstecken sie sich besser als Forscher gehofft haben. Das ist das Fazit einer Gruppe US-amerikanischer Physiker, die mit Hilfe eines extrem empfindlichen Messgeräts nach »Axionen« gesucht haben. So heißen die hypothetischen Partikel, die mehr und mehr als Hauptkandidat für die Dunkle Materie gehandelt werden.

Viele Beobachtungen im Weltall sprechen dafür, dass Dunkle Materie an vielen Orten durchs Universum treibt – sie soll etwa fünfmal so häufig sein wie jene »gewöhnliche« Materie, aus der Sterne, Planeten und interstellares Gas bestehen. Galaxien wie unsere Milchstraße müssten eingebettet sein in eine gewaltige Wolke aus Dunkler Materie. Damit ließe sich unter anderem die ungewöhnliche hohe Geschwindigkeit erklären, mit der die äußeren Regionen von Galaxien rotieren.

Für Teleskope ist die Dunkle Materie – sofern es sie wirklich gibt – jedoch unsichtbar. In Frage kommen also nur ganz spezielle Elementarteilchen, die kein Licht streuen. Der langjährige Hauptfavorit vieler Forscher, so genannte WIMPs, sind bisher allerdings nicht aufgetaucht. Daher hält eine wachsende Zahl an Forschergruppen nach leichteren Partikeln Ausschau, die manchen Theoretikern zufolge ebenfalls zum Steckbrief für die Dunkle Materie passen – und die in unvorstellbarer Anzahl durch die Erde strömen müssten.

Das Axion Dark Matter Experiment (ADMX) an der University of Washington in Seattle ist einer der Pioniere auf der Suche nach diesen kosmischen Leichtgewichten. Das Messgerät besteht aus einer Mikrowellen-Kammer, die von einem extrem starken Magnetfeld durchdrungen ist. Der Aufbau müsste Axionen, deren Wellenlänge mit der Resonanzfrequenz der Kammer übereinstimmt, hin und wieder in zwei Lichtteilchen umwandeln. So besagen es zumindest die Regeln der Teilchenphysik.

Dunkle-Materie-DetektorLaden...
ADMX-Detektor | Für das Bild haben die Forscher den Detektor aus dem Magneten entfernt, in dem er normalerweise steckt. Das Gerät wirkt laufend mit flüssigem Helium gekühlt, was man an dem Dampf im unteren Bildteil sehen kann.

Doch auch in einem neuen Suchlauf mit verbesserter Technik konnten die Forscher um Leslie Rosenberg keines der Teilchen aufspüren, berichten sie in einem aktuellen Fachaufsatz. Sie haben dabei den Massenbereich zwischen 2,81 und 3,31 Millionstel »Elektronvolt« abgesucht, in dem manche Forscher das mutmaßliche Teilchen vermutet hatten. Zum Vergleich: Ein Elektron bringt 511 000 Elektronvolt auf die Waage.

Ob sich Axionen in einer anderen Ecke als der nun ausgeleuchteten verstecken, sollen die kommenden Jahre zeigen: Mit ADMX und anderen Experimenten wollen Physiker viele der noch verbleibenden Möglichkeiten absuchen. Eine naheliegende Theorie, der zufolge Axionen in die Gewichtsklasse der heute bekannten Elementarteilchen fallen würden, haben Experimente an Teilchenbeschleunigern bereits in den 1980er Jahren ausgeschlossen.

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