Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jagd nach dem Schwächling

19.01.2011
Ein Experiment im Gran-Sasso-Massiv will die Bestandteile der Dunklen Materie auffinden: WIMP-Teilchen im Fokus

Das Spektrum der physikalischen Forschung an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist um ein bedeutendes Arbeitsfeld reicher: die direkte Suche nach Dunkler Materie. Mit der Berufung von Univ.-Prof. Dr. Uwe Oberlack im Sommer 2010 hat das Institut für Physik einen weltweit anerkannten Experten auf diesem Gebiet gewonnen. Er kann in Mainz an die Forschungsarbeiten zur indirekten Suche nach Dunkler Materie anknüpfen. Damit ist die JGU in die internationale Spitzengruppe zur Erforschung der Dunklen Materie aufgerückt.

Sie ist maßgeblich für die klumpige Verteilung der Materie im Universum: von Galaxien über Galaxienhaufen bis hin zu den größten uns bekannten Strukturen von Superhaufen und Filamenten, die große kosmische Leerräume wie Blasen in einem Schaumbad umgeben. Sie war die Wiege, in der sich Galaxien bereits früh ausbilden konnten. Sie umgibt und durchdringt unsere und andere Galaxien noch heute und hält sie zusammen, ist aber völlig unsichtbar. Wenig ist bisher über die Dunkle Materie bekannt, die knapp ein Viertel unseres Universums ausmacht. „Wir wissen vor allem, was Dunkle Materie nicht ist“, erklärt Uwe Oberlack, der vor seiner Rückkehr nach Deutschland zehn Jahre lang in den USA auf diesem Gebiet und in der Hochenergie-Astrophysik geforscht hat. „Dunkle Materie ist nicht einfach nur durchsichtig, sondern sie ist komplett verschieden von jeder Materieform, die wir bisher kennen.“ Oberlack war am Aufbau eines internationalen Forschungsprogramms, XENON, beteiligt, mit dem im italienischen Gran-Sasso-Massiv in einem unterirdischen Labor nach Bestandteilen der Dunklen Materie gesucht wird. Das derzeitige XENON100-Experiment ist eines von zwei weltweit führenden Experimenten zum Nachweis Dunkler Materie.

Die Erforschung der Dunklen Materie gehört zu den wichtigsten wissenschaftlichen Vorhaben des nächsten Jahrzehnts. Das Universum besteht zu 23 Prozent aus Dunkler Materie, während unsere normale, sichtbare Materie nur 4,6 Prozent beiträgt. Der größte Teil mit 72 Prozent besteht aus Dunkler Energie, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist und über die noch weniger als über die Dunkle Materie bekannt ist.

Dass es Dunkle Materie überhaupt gibt, wurde Anfang der 1930er Jahre durch die Beobachtung von Galaxien in Galaxienhaufen postuliert: Sie bewegen sich viel zu schnell, als dass die Galaxienhaufen allein durch die Gravitation der sichtbaren Masse zusammengehalten würden. Später fand man einen ähnlichen Effekt in Spiralgalaxien. Eine andere Kraft müsste also für die hohe Rotationsgeschwindigkeit am Rande von Galaxien verantwortlich sein. Mittlerweile steht fest, dass es sich bei dieser Materie nicht um Quarks oder Elektronen handelt, die unsere Atome ausmachen. Auch andere Kandidaten wie Neutrinos scheiden weitgehend aus. „Wir vermuten heute, dass sich Dunkle Materie recht schnell nach dem Urknall gebildet hat“, so Oberlack. „Sie besteht wahrscheinlich aus neutralen, massiven Teilchen, die mit anderen Teilchen nur schwach wechselwirken.“ Diese WIMPs (weakly interacting massive particles) oder auch „Schwächlinge“ sind bisher nicht entdeckt worden.

Oberlack sucht sie zusammen mit einem Forscherteam aus 12 Instituten tief unter der Erde in einem Xenon-Detektor, der peinlich genau vor kosmischer Strahlung abgeschottet wird. Das auf minus 95 Grad abgekühlte, flüssige Xenon soll in den Laboratori Nazionali del Gran Sasso die WIMPs einfangen. Nach ersten Experimenten mit kleineren Detektoren sucht derzeit das XENON100-Experiment mit einer Masse von 62 kg und gegenüber dem Vorläufer-Experiment hundertfach verringertem Untergrund nach Dunkler Materie. Dieses Experiment soll die derzeitige Sensitivitätsgrenze um einen weiteren Faktor 15 verbessern und testet damit direkt einen erheblichen Anteil der theoretisch interessanten „Neutralinos“, einer WIMP-Art, die auf dem Konzept der Supersymmetrie beruht. Supersymmetrie oder SUSY ist eine postulierte neue Symmetrie der Natur, die erst bei hohen Teilchenenergien, etwa im frühen Universum oder in großen Beschleunigern wie dem LHC am CERN, erreicht würde.

Gestützt auf die erfolgreiche Datennahme mit XENON100, plant die XENON-Kollaboration bereits einen Detektor mit einer Masse von einer Tonne, um in drei Jahren nochmals um einen Faktor 50 bis 100 empfindlicher zu werden. Sind in der Tat Neutralinos die Teilchen der Dunklen Materie, so können sie in den nächsten Jahren im Labor nachgewiesen und einige ihrer physikalischen Eigenschaften könnten gemessen werden.

Die Arbeiten werden von der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung im Rahmen des Programms „Rückkehr deutscher Wissenschaftler aus dem Ausland“ mit 100.000 Euro gefördert.

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Uwe Gerd Oberlack
Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (ETAP)
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-25167
Fax +49 6131 39-25169
E-Mail: oberlack@uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.etap.physik.uni-mainz.de/487_ENG_HTML.php
http://www.uni-mainz.de/universitaet/40250.php
http://www.lngs.infn.it/home.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt
26.09.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Internationales Forscherteam entdeckt kohärenten Lichtverstärkungsprozess in Laser-angeregtem Glas
25.09.2017 | Universität Kassel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Im Spannungsfeld von Biologie und Modellierung

26.09.2017 | Veranstaltungen

Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

26.09.2017 | Veranstaltungen

Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Europas erste Testumgebung für selbstfahrende Züge entsteht im Burgenland

26.09.2017 | Verkehr Logistik

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie