Max-Planck-Team will Dunkle Materie mit Zucker nachweisen

Dunkle Materie soll den größeren Teil des Universums ausmachen. Experimentell wurde sie bisher aber nicht nachgewiesen. Vielleicht kann ein Süßmittel dabei helfen. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Physik (MPP) testet das.

Die Arbeitsgruppe will Saccharose, also herkömmlichen Haushaltszucker, als Detektormaterial einsetzen, um Weakly Interacting Massive Particles (WIMP) nachzuweisen. Diese schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen gelten als Kandidaten für Dunkle-Materie-Teilchen.

Der Nachweis eines solchen Teilchens würde über eine Interaktion mit einem anderen Teilchen erfolgen: Trifft das Dunkle-Materie-Teilchen auf einen Atomkern, prallt dieser zurück. Die Energie des Rückstoßes lasse sich als minimaler Temperaturanstieg und als schwaches Licht messen, erläutert das CRESST-Team. CRESST, eine Abkürzung für Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers ist ein europäisches Experiment zur Suche nach Dunkler Materie.

Zucker eignet sich gut als Detektor, weil er aus Kohlenstoff, Sauerstoff und insgesamt 22 Wasserstoffatomen besteht. Wasserstoff ist das leichteste Element überhaupt – und je leichter ein Atomkern, desto besser, sagt CRESST-Sprecherin Federica Petricca: „Denn ein sehr leichtes Dunkle-Materie-Teilchen kann einen schweren Atomkern kaum aus der Ruhe bringen, genauso wenig wie eine Murmel, die auf eine Bowlingkugel prallt.“

Besondere Zuckerkristalle

Als Detektor kann jedoch nicht einfach Zucker aus der Tüte im Lebensmittelregal genutzt werden. Die Kristalle müssen sehr groß und besonders rein sein, weshalb das Team sie in einem mehrwöchigen Verfahren selbst züchtet. Zusätzlich wird der Zucker mit Temperatur- sowie mit Lichtsensoren ausgestattet.

Zum Test hat das Team den Zuckersensor einer radioaktiven Quelle ausgesetzt. Dabei verzeichnete es ein Lichtsignal und einen Temperaturanstieg. „Das Ergebnis hat uns selbst überrascht, denn Saccharose bildet einen eher weichen Kristall“, erläutert Petricca. Eigentlich seien Materialien mit einem festen Kristallgitter besser geeignet, da es nach einer Teilchenkollision zu einer größeren Temperaturänderung komme.

Dunkle Materie soll etwa 85 Prozent des Universums ausmachen und gilt als dessen Gerüst. Allerdings ist sie unsichtbar: Sie strahlt kein Licht aus, sie reflektiert, absorbiert und blockiert es nicht. Der Nachweis muss entsprechend indirekt erfolgen. Zucker eigne sich also grundsätzlich als Detektor, sagt Petricca. „Allerdings wird sich erst nach vielen weiteren Tests und im Vergleich mit anderen Materialien zeigen, ob ein Detektor aus Saccharose zu realisieren ist.“

(wpl)