Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

XENON1T: Das empfindlichste „Auge“ für Dunkle Materie

19.05.2017

Gemeinsame Meldung des MPI für Kernphysik Heidelberg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

„Das weltbeste Resultat zu Dunkler Materie – und wir stehen erst am Anfang!“ So freuen sich Wissenschaftler der XENON-Kollaboration über die ersten Ergebnisse ihres neuen Instruments, die sie heute (18. Mai 2017) auf der einer Konferenz vorstellten. Mit nur 30 Tagen Messzeit erweist sich XENON1T als der weltweit empfindlichste Detektor für Dunkle Materie.


Wissenschaftler beim Aufbau der Zeit-Projektionskammer.

Foto: Enrico Sacchetti (XENON-Kollaboration)


Das XENON1T-Experiment im Gran-Sasso-Untergrundlabor mit Wassertank zur Strahlungsabschirmung (links) und Technikgebäude (rechts).

Foto: Roberto Corrieri, Patrick De Perio (XENON-Kollaboration)

Verschiedene astronomische Beobachtungen legen die Anwesenheit von Dunkler Materie als wesentlichen Bestandteil des Universums nahe. Sie müsste rund fünfmal häufiger sein als normale, sichtbare Materie. Der direkte Nachweis Dunkler Materie und die Erforschung ihrer Eigenschaften ist deshalb eines der wichtigsten Ziele der modernen Teilchenphysik.

Dazu suchen Forscher mit extrem empfindlichen Detektoren nach Wechselwirkungen der Dunkle-Materie-Teilchen mit normalen Teilchen. Diese extrem schwachen Wechselwirkungen haben sich aber bisher der Entdeckung entzogen, was die Wissenschaftler dazu zwingt, immer noch empfindlichere Detektoren zu bauen.

Die XENON-Kollaboration, die mit dem XENON100-Experiment jahrelang führend war, hat sich nun mit ihrem neuen Instrument XENON1T an der Spitze zurückgemeldet. Die Daten der ersten 30 Messtage zeigen, dass dieser Detektor den bisherigen Rekord für die geringste Radioaktivität deutlich verbessert. Diese ist um viele Größenordnungen niedriger als in der normalen irdischen Umgebung.

Radioaktivität erzeugt Störsignale, vergleichbar mit dem Licht der Städte, das den Blick auf den Sternenhimmel beeinträchtigt. XENON1T verwendet etwa 3200 kg des flüssigen Edelgases Xenon als Detektormaterial und ist damit der größte jemals gebaute Detektor seiner Art. Aufgrund der Kombination von Größe und Reinheit hat XENON1T in den kommenden Jahren sehr gute Chancen, Dunkle-Materie-Teilchen zu finden.

Astronomen bauen ihre großen Teleskope auf abgelegene hohe Berge, wo die Nächte dunkel sind. Um das radioaktive „Störlicht“ zu entfernen, muss man anders vorgehen: Gut geschützt vor kosmischer Strahlung ist das XENON1T-Instrument seit Herbst 2016 im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor im Messbetrieb. Was man davon in der unterirdischen Experimentierhalle sehen kann, sind ein riesiger stählerner Wassertank und ein dreistöckiges durchsichtiges Gebäude daneben.

Darin ist die für den Betrieb des Experiments notwendige Technik untergebracht. Der Wassertank ist mit hochreinem Wasser gefüllt, das den Detektor in seiner Mitte vor Strahlung aus der Umgebung und restlicher kosmischer Strahlung schützt. Der eigentliche Detektor, eine sogenannte Flüssig-Xenon-Zeit-Projektionskammer (time projection chamber: TPC), befindet sich in einem Isoliergefäß, das dafür sorgt, dass das flüssige Xenon –95°C kalt bleibt – ohne dass das Wasser gefriert.

Aber selbst perfektes Abschirmen gegen äußere Einflüsse ist nicht ausreichend, weil alle Materialien auf der Erde geringe Spuren von natürlicher Radioaktivität enthalten. Um möglichst wenig Radioaktivität in den Detektor einzubringen, war es daher erforderlich, alle verwendeten Materialien sorgfältig auszuwählen, zu verarbeiten und zu reinigen. Nur so gelang es, das Zentrum von XENON1T zu einem der reinsten Orte des Universums zu machen. Dies ist Voraussetzung, die extrem seltenen Signale von Dunkler Materie zu finden.

Wenn ein Teilchen in flüssigem Xenon wechselwirkt, entstehen winzige Lichtblitze. Die XENON-Wissenschaftler registrieren diese und bestimmen daraus den Ort der Wechselwirkung und die Energie des Teilchens – und ob es Dunkle Materie sein könnte oder nicht. Infrage dafür kommen nur Ereignisse im Zentrum des Detektors, das etwa 1 Tonne Xenon umfasst. Das äußere Xenon bildet eine zusätzliche Abschirmschicht gegen restliche Spuren von Radioaktivität im Material.

Schon mit den in den ersten 30 Tagen gesammelten Daten übertrifft die Empfindlichkeit von XENON1T alles bislang dagewesene. XENON1T ist damit in bisher unerforschtes Terrain eingedrungen. Es hat dort aber noch keine Dunkle Materie gefunden, hat allerdings auch gerade erst angefangen zu messen. XENON1T ist in einer ausgezeichneten Position im Rennen um die Entdeckung der Dunklen Materie.

In der internationalen XENON-Kollaboration arbeiten Wissenschaftler aus den USA, Deutschland, Italien, der Schweiz, Portugal, Frankreich, den Niederlanden, Israel, Schweden und den Vereinigten Arabischen Emiraten zusammen. Aus Deutschland sind das Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz und die Westfälische Wilhelms-Universität Münster beteiligt.

Publikation:
First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment, XENON Collaboration, arXiv:1705.xxxx

Kontakt:
Prof. Dr. Manfred Lindner
MPI für Kernphysik
E-Mail: manfred.lindner (at) mpi-hd.mpg.de
Tel.: 06221 516800

Prof. Dr. Uwe Oberlack
Universität Mainz
E-Mail: oberlack (at) uni-mainz.de
Tel.: 06131 3925167

Prof. Dr. Marc Schumann
Universität Freiburg
E-Mail: marc.schumann (at) physik.uni-freiburg.de
Tel.: 0761 20396894

Prof. Dr. Christian Weinheimer
Universität Münster
E-Mail: weinheim (at) uni-muenster.de
Tel.: 0251 8334971

Weitere Informationen:

http://xenon1t.org/ - Webseiten der XENON-Kollaboration

Dr. Gertrud Hönes | Max-Planck-Institut für Kernphysik
Weitere Informationen:
http://www.mpi-hd.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Volle Wertschöpfungskette in der Mikrosystemtechnik – vom Chip bis zum Prototyp
18.10.2019 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Lumineszierende Gläser als Basis neuer Leuchtstoffe zur Optimierung von LED
17.10.2019 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

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 Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

Im Focus: Rätsel gelöst: Das Quantenleuchten dünner Schichten

Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

Im Focus: Wie sich Reibung bei topologischen Isolatoren kontrollieren lässt

Topologische Isolatoren sind neuartige Materialien, die elektrischen Strom an der Oberfläche leiten, sich im Innern aber wie Isolatoren verhalten. Wie sie auf Reibung reagieren, haben Physiker der Universität Basel und der Technischen Universität Istanbul nun erstmals untersucht. Ihr Experiment zeigt, dass die durch Reibung erzeugt Wärme deutlich geringer ausfällt als in herkömmlichen Materialien. Dafür verantwortlich ist ein neuartiger Quantenmechanismus, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift «Nature Materials».

Dank ihren einzigartigen elektrischen Eigenschaften versprechen topologische Isolatoren zahlreiche Neuerungen in der Elektronik- und Computerindustrie, aber...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

VR-/AR-Technologien aus der Nische holen

18.10.2019 | Veranstaltungen

Ein Marktplatz zur digitalen Transformation

18.10.2019 | Veranstaltungen

Wenn der Mensch auf Künstliche Intelligenz trifft

17.10.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Insekten teilen den gleichen Signalweg zur dreidimensionalen Entwicklung ihres Körpers

18.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Volle Wertschöpfungskette in der Mikrosystemtechnik – vom Chip bis zum Prototyp

18.10.2019 | Physik Astronomie

Innovative Datenanalyse von Fraunhofer Austria

18.10.2019 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics