Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Detektoren ermöglichen Suche nach leichten Teilchen der Dunklen Materie

08.09.2015

Die Erde, Planeten, Sterne und Galaxien bilden nur den sichtbaren Teil der Materie im Universum. Den weitaus größeren Teil nimmt die unsichtbare Dunkle Materie ein. In zahlreichen Experimenten fahnden Wissenschaftler nach den Teilchen der dunklen Materie – bisher vergeblich. Mit dem CRESST-Experiment lässt sich der Suchradius jetzt deutlich ausweiten: Die CRESST-Detektoren werden überarbeitet und können danach Teilchen nachweisen, deren Masse unterhalb des heutigen Messbereichs liegt. Somit steigt die Chance, der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen.

In zahlreichen Experimenten fahnden Wissenschaftler nach den Teilchen der dunklen Materie – bisher vergeblich. Mit dem CRESST-Experiment lässt sich der Suchradius jetzt deutlich ausweiten: Die CRESST-Detektoren werden überarbeitet und können danach Teilchen nachweisen, deren Masse unterhalb des heutigen Messbereichs liegt. Somit steigt die Chance, der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen.


Einbau von Detektormodulen in das CRESST-Experiment

Bild: Max-Planck-Institut für Physik

Theoretische Modelle und Beobachtungen im All lassen kaum einen Zweifel daran, dass dunkle Materie existiert. Ihr Anteil beträgt das Fünffache der sichtbaren Materie.

„Als wahrscheinlichster Kandidat für das dunkle Materieteilchen galt bisher ein schweres Teilchen, das WIMP“, erklärt Dr. Federica Petricca, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Physik und Sprecherin des CRESST-Experiments (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers). „Daher untersuchen die meisten Experimente derzeit einen Messbereich zwischen 10 und 1.000 GeV/c2.“

Die derzeitige Untergrenze von 10 GeV/c2 (GeV: Gigaelektronenvolt; c: Lichtgeschwindigkeit) entspricht ungefähr der Masse eines Kohlenstoffatoms. Allerdings gibt es in der Dunkle Materie-Forschung inzwischen neue theoretische Modelle, die einige Ungereimtheiten beseitigen – zum Beispiel den Unterschied zwischen der simulierten und der tatsächlich beobachteten Dunklen Materie in Galaxien. Einige dieser Modelle schlagen dunkle Materieteilchen vor, die deutlich leichter sind als die klassischen WIMPs.

Messrekord für leichte dunkle Materieteilchen

Einen wichtigen Schritt zum Aufspüren dieser „Leichtgewichte“ hat CRESST jetzt geleistet: In einem Langzeit-Versuch mit einem Detektor erreichten die Wissenschaftler eine Energieschwelle von 307 Elektronenvolt.

„Dieser Detektor eignet sich nun insbesondere für Messungen zwischen 0,5 und 4 GeV/c2 und hat in diesem Bereich seine Sensitivität um das Hundertfache verbessert“, Dr. Jean-Côme Lanfranchi, Wissenschaftler am Lehrstuhl für Experimentalphysik und Astroteilchenphysik der Technischen Universität München.

„Wir können so Teilchen mit geringerer Masse als die des WIMP entdecken – beispielsweise Dunkle Materie-Teilchen mit einer Masse ähnlich der des Protons, dessen Masse 0,94 GeV/c2 beträgt“, ergänzt Petricca.

Auf Grundlage der jetzt gewonnenen Erkenntnisse statten die Wissenschaftler nun das Experiment mit den neuartigen Detektoren aus. Der nächste Messzyklus von CRESST soll Ende 2015 beginnen und ein bis zwei Jahre dauern.

Das CRESST Experiment

Kernstück aller CRESST-Detektoren ist ein Kristall aus Kalziumwolframat. Treffen die gesuchten Teilchen auf eines der drei Kristallatome (Kalzium, Wolfram und Sauerstoff), messen die Detektoren gleichzeitig die Energie und ein Lichtsignal der Kollision, das Aufschluss über die Art des Teilchens liefert.

Damit sich die minimalen Temperatur- und Lichtsignale aufzeichnen lassen, werden die Detektormodule bis fast auf den absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) gekühlt. Um störende Hintergrundereignisse auszuschalten, verwenden die CRESST-Wissenschaftler zum einen Materialien mit geringer natürlicher Radioaktivität, zum anderen steht das Experiment im größten Untergrundlabor der Welt, im italienischen Gran-Sasso-Massiv und ist daher weitgehend vor kosmischer Strahlung abgeschirmt.

Was ist neu?

• CRESST arbeitet künftig mit kleineren, und – im Gegensatz zu kommerziell gefertigten – hochreinen Kristallen. Mit den kleineren Kristallen lässt sich die Energieschwelle senken. Die Kristalle werden an der Technischen Universität München gezüchtet. Ihre äußerst geringe Eigenradioaktivität macht das Experiment empfindlicher.
• Die ursprünglichen Bronze-Kristallaufhängungen wurden durch Kalziumwolframat ersetzt. Damit lässt sich die Anzahl unerwünschter Effekte durch natürliche Radioaktivität auf den Metalloberflächen stark verringern.
• Die Präzision des Lichtdetektors wurde optimiert – Kollisionen bereits bekannter Teilchen lassen sich klarer von Kollisionen dunkler Materieteilchen unterscheiden.

An der CRESST-Kollaboration (http://www.cresst.de/people.php) beteiligen sich das Max-Planck-Institut für Physik, die University of Oxford, die Technische Universität München, die Universität Tübingen, das Institut für Hochenergiephysik in Wien, die Technische Universität Wien und die Laboratori Nazionali del Gran Sasso des Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Unterstützt wurden die Arbeiten mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Exzellenzclusters Origin and Structure of the Universe, der Helmholtz Allianz für Astroteilchenphysik (HAP) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

Publikation:

Results on light dark matter particles with a low threshold CRESST-II detector,
The European Physical Journal C, Sept 2015

Kontakt:

Prof. Dr. Stefan Schönert
Technische Universität München
Physik-Department
James Franck Str. 1, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 12511
E-Mail: schoenert@ph.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen
22.02.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung
21.02.2017 | Forschungszentrum Jülich

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften