10/24/2018

Am Dark Matter Day die Dunkle Materie kennenlernen

Warum muss man tief unter die Erde gehen, um an Dunkler Materie zu forschen? Welche Rolle spielt sie im Weltraum und für unsere Welt? Diese und andere Fragen beantworteten ÖAW-Physikerin Valentyna Mokina und ihre Kolleg/innen beim Dark Matter Day am 31. Oktober im Beisl des Wiener WUK.

Am 31. Oktober war es wieder soweit: Der Dark Matter Day lud weltweit alle Interessierten dazu ein, mehr über die mysteriöse Dunkle Materie zu erfahren. Auch in Wien. Hier erklärte das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), was wir bisher über Dunkle Materie wissen und wie man sie erforschen kann. Wer befürchtete, das Ganze könnte staubtrocken werden, musste sich keine Sorgen machen: Die Forscher/innen widmeten sich dem Thema und ihren Zuhörer/innen in lockerer Atmosphäre und bei einem Bier oder einer Limonade.

Deswegen fand der Dark Matter Day auch bereits zum zweiten Mal im Statt-Beisl im Wiener WUK statt – und zwar erstmals mit VR-Brillen mit denen man zum Beispiel einen virtuellen Rundgang durch den Belle II Detektor des japanischen Teilchenforschungszentrums KEK machen konnte.

Forschung tief unter der Erde

Mit dabei beim Dark Matter Day war auch Valentyna Mokina: Die ukrainisch-stämmige ÖAW-Nachwuchsforscherin ist beteiligt an CRESST (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers), einem von mehreren Großforschungsprojekten, die sich mit Dunkler Materie befassen. Das Experiment ist im italienischen Gebirgsmassiv Gran Sasso angesiedelt, wo Physiker/innen aus ganz Europa mittels 13 Detektormodulen versuchen, die Dunkle Materie aufzuspüren. Nach längeren Forschungsaufenthalten im dortigen Untergrundlabor ist Mokina nun wieder zurück am Institut für Hochenergiephysik in Wien, wo sie an einer Optimierung der eingesetzten Detektoren arbeitet.

Bei den Detektoren, die bei extrem niedrigen Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts laufen, handelt es sich um Kristalle mit 20mm Kantenlänge. Die Atomkerne dieser absolut puren Kristalle würden sensibel auf etwaige leichte Teilchen reagieren würden. Weil diese messbare Wechselwirkung aber minimal ist, gilt es einerseits, einen möglichst sensitiven Detektor zu entwickeln, anderseits aber auch diesen von allen nur denkbaren Interferenzen fernzuhalten. An dieser Optimierung der Detektoren arbeitet Mokina, etwa um sie mittels Kupfer und Polyethylen noch besser vor anderen Partikeln abzuschirmen.

Gesucht: Direkter Nachweis

Der direkte Nachweis der Dunklen Materie steht derzeit zwar noch aus, aber die Geschwindigkeit und Dynamik, mit der Sterne sich um das Zentrum ihrer Galaxie bewegen, deutet indirekt auf ihre Existenz hin. Bei der Suche nach Dunkler Materie liegt der Fokus der meisten Experimente auf sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

Dies sind unbekannte Teilchen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik, die nicht nur gravitativ, sondern auch darüber hinaus mit den bekannten Teilchen wechselwirken können („Schwache Wechselwirkung“). Da diese Wechselwirkungen aber nur sehr schwach sein können, befinden sich die Detektoren in tiefen Untergrundlaboren, um sich gegen kosmische Strahlung und natürliche Radioaktivität abzuschirmen, wie eben beim CRESST-Projekt im italienischen Gran Sasso.

Dunkle Materie bleibt zwar weiterhin geheimnisvoll, Forscher/innen weltweit sind ihr aber auf der Spur – nicht nur in italienischen Bergmassiven, sondern auch mit Teilchenbeschleunigern in Japan. Auch am Belle II Projekt nahe Tokio sind ÖAW-Physiker/innen beteiligt. Übrigens: „Der Begriff ‚Dunkle Materie‘ bedeutet nicht, dass es sich dabei um Materie oder etwas Dunkles handelt! Man kann es sich wie eine alte Kiste vorstellen, die man im Keller findet: Es kann alles oder nichts darin sein“, sagt Jungforscherin Mokina, und ergänzt: „ Dieses Gefühl, nicht zu wissen worauf man stößt, ist extrem faszinierend.“