Keine WIMPs in Dakota
BLOG: Himmelslichter
Fans der Dunklen Materie müssen tapfer sein: Abermals ist es einem (neuen, und deutlich empfindlicheren) Experiment nicht gelungen, ihre hypotetischen Teilchen aufzuspüren. Das LUX-Experiment in der ehemaligen Homestack-Mine im US-Bundesstaat Süd-Dakota hätte rund 1600 der so genannten WIMPs detektieren müssen – sofern etwa die drei WIMP-Kandidaten, die etwa das CDMS-Experiment vor einiger Zeit gesehen haben will, tatsächlich real waren. Registriert wurde jedoch kein einziges. Oder anders formuliert: die 160 Kandidatenereignisse, die nach etlichen Analyseschritten noch übrigblieben von der dreimonatigen Messkampagne vom Sommer dieses Jahres, sind mit hoher Wahrscheinlichkeit nur Untergrundereignisse.
Die neuen LUX-Resultate – wenngleich nur das Anfangsergebnis der noch ausstehenden einjährigen Messkampagne – schließen ein leichtes WIMP im Massenbereich von 5-20 GeV ziemlich eindeutig aus. Das wurde gestern nachmittag in einer im Internet übertragenen Pressekonferenz erklärt. In den vergangenen Jahren hatten verschiedenen andere Experimente Hinweise auf solche Teilchen gefunden – und wieder andere Experimente nicht. Die Kontroverse ist noch nicht gelöst, aber die Luft wird langsam dünner für das WIMP.
Schon das Xenon100-Experiment hatte die vermeintlich positiven Resultate nicht bestätigen können. Xenon100 und LUX verwenden flüssiges Xenon, um damit die seltenen Stöße der vermeintlichen WIMPs mit den Atomkernen des Edelgases zu messen. Dazu sind die Experimente unter Tonnen von Fels installiert, die die störende kosmische Strahlung abschirmen. Außerdem müssen die natürliche Radioaktivität und mögliche Verschmutzungen des Detektors peinlich genau vermieden werden, denn beide sorgen für Untergrundereignisse, welche die Entdeckung der WIMPs erschweren.
Die LUX-Kollaboration hat ihren Untergrund sehr schnell in den Griff bekommen, weswegen die jetzt veröffentlichten Resultate die weltweit besten Ausschlussgrenzen für WIMPs darstellen (und die von Xenon100 um mindestens einen Faktor 2 übertreffen). Ob es die postulierten WIMPs überhaupt gibt? Diese Frage werden sich wohl immer mehr Dunkle-Materie-Jäger stellen.
“LUX confirms XENON100’s observation that low mass WIMPs with cross sections of 2e-41cm2 and masses of 8.6 GeV ‘are just not there,'” kommentierte die an Xenon100 maßgeblich beteiligte Physikerin Laura Baudis von der ETH Zürich über Twitter das Resultat ihrer Kollegen. Es würde mich nicht wundern, wenn andere Kollegen von anderen Experimenten das anders sehen. Die “WIMP-Wars” sind bestimmt noch nicht vorüber.
Weder WIMPS noch MACHO’s, bleiben Super-WIMPS und Axionen
Wenn keine Weakly Interactive Massive ParticleS als Erklärung für die dunkle Materie gefunden werden passt das natürlich dazu, dass man bis jetzt auch keine Teilchen der postulierten Supersymmetrie gefunden hat. Die wichtigsten WIMPS-Kandidaten waren bis jetzt immer supersymmetrische Teilchen. Auch MACHO’s, also Massive compact halo object (kleine schwarze Löcher und ähnliches), die ebenfalls als Erklärung für die dunkle Materie herangezogen werden, scheint es eher keine zu geben.
Damit sind wir schon bald bei recht exotischen Teilchen als Erklärung für die dunkle Materie, nämlich bei Super-WIMPS und Axionen. Super-WIMPS wären Teilchen, die nicht einmal mit der schwachen Kernkraft interagieren, sondern nur noch mit der Gravitation. Es wird postuliert, Super-WIMPS könnten durch Zerfall von WIMPS entstehen. Gewöhnliche WIMPS können Stösse auf Atomkerne ausüben, genau das was Detektoren wie LUX messen wollen. Super-WIMPS wären dagegen kaum noch nachweisbar, denn ausser der Gravitation gäbe es nichts nachzuweisen.
Ein weiterer verbliebener Kandidat für dunkle Materie wären Axionen. (Zitat)” Das CAST-Experiment am CERN beschäftigt sich damit, dieses Teilchen mit einem 9-Tesla-Magneten nachzuweisen.”
Es gibt heute nur noch wenige die die Existenz von dark matter generell bezweifeln und die glauben es gälte nur ein paar Anomalien in Galaxien wie die zu hohe Rotationsgeschwindigkeit von äusseren Sternen zu erklären.
Um die Existenz von dunkler Materie generell anzuzuweifeln gibt es einfach zu viele Einzelbeobachtungen, die für die Existenz dunkler Materie sprechen. Dazu gehört der Gravitationslinseneffekt in Abell 1689 oder im Bullet Cluster.
Und in naher Zukunft wird wohl der Satellit Gaia unsere Milchstrasse so genau vermessen, dass auch die Verteilung der dunklen Materie kartiert werden kann.
Zum Nachweis dunkler Materie genügt eigentlich die genaue Vermessung des Gravitationsfeldes eines Raumgebiets. Wenn dieses Gravitationsfeld nicht durch die sichtbare Materie allein erklärt werden kann und zudem genügend inhomogen ist, gibt es nur noch dunkle Materie als schlüssige Erklärung.