Dunkle Materie: Mit CRESST auf der Suche nach Leichtgewichten
Erde, 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 am Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut) lässt sich der Suchradius jetzt deutlich ausweiten: Die CRESST-Detektoren werden überarbeitet und können Teilchen nachweisen, deren Masse unterhalb des heutigen Messbereichs liegt. Somit steigt die Chance, der dunklen Materie auf die Spur zu kommen.
Theoretische Modelle und Beobachtungen im All lassen kaum einen Zweifel daran, dass die 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 Federica Petricca, Wissenschaftlerin am MPP und Sprecherin des CRESST-Experiments (CRESST = Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers): „Daher untersuchen die meisten Experimente derzeit einen Messbereich zwischen 10 und 1.000 GeV/c² (Gigaelektronenvolt/Lichtgeschwindigkeit²)”
Messrekord für leichte dunkle Materieteilchen
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.
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 insbesondere für Messungen zwischen 0,5 und 4 GeV/c² und hat in diesem Bereich seine Sensitivität um das Hundertfache verbessert“, sagt Petricca. „Wir können so Teilchen mit geringerer Masse als die des WIMP entdecken.“
Neues Design für die CRESST-Detektoren
Der nächste Messzyklus von CRESST soll Ende 2015 beginnen und ein bis zwei Jahre dauern. Auf Grundlage der jetzt gewonnenen Erkenntnisse statten die Wissenschaftler das Experiment mit neuartigen Detektoren aus. „Die neuen Detektormodule machen die Messungen einerseits präziser, zum anderen werden wir damit in neue Masseregionen vorstoßen: Wir können dunkle Materieteilchen auch dann entdecken, wenn sie leichter als 0,5 GeV/c² sind. So steigt auch die Chance, endlich zu erklären, woraus dunkle Materie besteht“, hofft Petricca.
Folgt: Das CRESST Experiment