Seit mehr als einer Dekade wundern sich Kosmologen über das augenscheinliche Defizit an Lithium im Universum. Die Urknall-Nukleosynthese, die die Entstehung der leichtesten Elemente Minuten nach dem Urknall beschreibt, sagt eine Häufigkeit in Lithium-7 vorher, die größer als der beobachtete Wert ist. Im Gegensatz dazu stimmen die vorhergesagten Werte von Deuterium und Helium mit den Messungen überein. Theoretiker der Dunklen Materie Gruppe am HEPHY finden nun eine Lösung des Lithium Problems in hypothetischen leichten und elektrisch neutralen Teilchen. 

Im frühen Universum wird Lithium durch Elektroneneinfang aus Beryllium-7 generiert. Letzteres Element entsteht durch die Fusion zweier Helium-Isotope. Die Häufigkeit an Lithium ist damit an die Häufigkeit von Beryllium gekoppelt. In ihrer Arbeit demonstrieren Goudelis und Kollegen nun, dass leichte Teilchen mit einer Masse von einigen MeV/c^2 die Häufigkeit von Beryllium um den gewünschten reduzieren können. Der Mechanismus funktioniert durch Absorption. Wenn z.B. eines der postulierten leichten Teilchen von Deuterium absorbiert wird, spaltet sich dieses, und gibt ein Neutron frei, das wiederum von Beryllium eingefangen wird und es in zwei Heliumisotope rückführt. Die meisten der freigesetzten Neutronen werden allerdings wieder von Protonen eingefangen, und Deuterium bleibt im Grossen und Ganzen schadfrei. 

Die Suche nach diesen leichten postulierten Teilchen fällt in das Aufgabengebiet des “Intensity Frontier Programs”. Mit Hilfe hoch-intensiver Protonenstrahlen können diese Teilchen im Labor erzeugt, und in Neutrinodetektoren registriert werden. Setups dieser Art werden zur Zeit in der Literatur diskutiert.

Andreas Goudelis und Josef Pradler werden durch das “New Frontiers Program” der Österreichischen Akademie der Wissenschaften unterstützt.

Weiterführender Link: http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.211303