Jagd auf Dunkle-Materie-Teilchen: die nächste Beinahe-Entdeckung, jetzt von EDELWEISS-II

Man konnte es schon hier, hier und eben noch hier (“Nachweis …”) lesen: Die Detektoren, die im Untergrund Teilchen der Dunklen Materie direkt nachzuweisen trachten, nähern sich einer Empfindlichkeit, bei der es passieren sollte. In den vergangenen 20 Jahren sind sie um einen Faktor 1000 besser geworden, und in den nächsten 10 dürfte es ein weiterer Faktor 100 sein: In 1, 5, 10 Jahren höchstens sollte sich ein eindeutiges Signal zeigen. Dem 2009-er Beinahe-Erfolg von CDMS hat sich gerade eine ebenfalls nicht signifikante Detektion von ein Handvoll Weakly Interacting Massive Particles durch EDELWEISS-II hinzu gesellt: “Five nuclear recoil candidates are observed above 20 keV, while the estimated background is less than 3.0 events.” Beide Experimente arbeiten nun an einer gemeinsamen Auswertung ihrer Messungen, von der man allerdings nicht zu viel erwarten sollte: Die beiden WIMP-Kandidaten von CDMS hätten Energien von 12 und 15 keV und wären wohl nicht dasselbe wie die EDELWEISS-Kandidaten. Ein weiteres wichtiges Experiment ist XENON100, das bisher rein gar nichts sieht und damit zwei anderen Experimenten – DAMA und CoGeNT – widerspricht, die etwas zu sehen glauben.

Inzwischen hat sich dessen Datenmenge mindestens verzehnfacht, auch wenn es noch Ärger mit der Auswertung (“Radioaktivitätsproblem …”) gibt. In den nächsten paar Jahren sollten sich die Widersprüche zwischen den Experimenten durch deren weitere Verbesserungen eigentlich auflösen (und endlich mal zwei mit unterschiedlicher Technik dieselbe Art Teilchen messen, das im Idealfall auch noch direkt mit dem LHC ‘hergestellt’ werden kann) – aber es ist keineswegs ausgemacht, dass am Ende genau ein WIMP dingfest gemacht ist, das für alle astronomischen Effekte der Dunklen Materie verantwortlich zeichnet. Die ‘normale’ Materie ist schließlich kompliziert genug: Da kann es gut sein, dass das Dunkle Universum auch über verschiedene Teilchen verfügt. Wie auch immer: Wenn das oder die Teilchen erst einmal entdeckt sind, wird die nächste Generation von Detektoren ganz direkt ihren Eigenschaften nachspüren. Armengaud & al., Preprint 21., Nature News (in diesem 3-Seiten-Review wurde EDELWEISS glatt vergessen), Nature Blog 24.3.2011 sowie Aspera zu EDELWEISS und dem generellen Stand der Forschung. NACHTRAG: noch ‘n dicker Review!

Feuer in der Soudan-Mine – Untergrund-Detektoren wohl nicht gefährdet: Ein Brand im Schacht zum Soudan Underground Laboratory in Minnesota am 17. März konnte rasch gelöscht werden, und wahrscheinlich ist den Experimenten in 700 m Tiefe zur DM-Jagd (CDMS sitzt hier) und anderer Fundamentalphysik nichts passiert. Das Labor – das zu dem Zeitpunkt menschenleer war – ist vom Rest des Ex-Bergwerks gut abgeschottet; allerdings musste die Kühlung von CMDS herunter gefahren werden, und es kann dauern, bis das Experiment wieder läuft. (Physics World 22., Nature Blog 21., Timberjay 17.3.2011) NACHTRAG: Nach einer ersten Besichtigung sind die Experimente im Labor unbeschädigt, aber es muss viel geputzt werden. Und CoGeNTs schöne Messreihe ist unterbrochen … NACHTRAG 2: … während man sich auch bei CDMS Sorgen macht. NACHTRAG 3: noch’n Nachzügler. NACHRTRAG 4: Den Experimenten ist nichts passiert, aber die Wiederinbetriebnahme dauert.

Hat das Tevatron Anzeichen “neuer Physik” entdeckt?

Nur noch ein halbes Jahr darf der amerikanische Teilchenbeschleuniger laufen, bevor er im September abgeschaltet wird (“Das Tevatron …”) – aber auf der Zielgeraden könnte noch einmal eine bedeutende Entdeckung gelungen sein: Kuriose Effekte im Zusammenhang mit dem Top-Quark, die mit steigender Energie ausgeprägter werden (aber nicht so signifikant sind, dass es nicht doch eine Zufallsfluktuation sein könnte), scheinen auf ein unerwartetes neues Elementarteilchen hin zu deuten. Das Higgs-Teilchen ist es sicher nicht, eher ein Axigluon, Diquark oder unbekanntes Boson – oder aber ein Hinweis auf zusätzliche Raumdimensionen. Sollte es da tatsächlich ein exotisches Teilchen geben, das sich dem Tevatron indirekt zu erkennen gegeben hat, dann liegt es u.U. in der Reichweite des – inzwischen wieder kräftig Protonen kollidieren lassenden – LHC, es direkt zu erzeugen.

Derweil hat das Tevatron geholfen, den möglichen Massenbereich für das Higgs noch weiter einzugrenzen, auf 114 bis 156 oder 183 bis 185 GeV/c^2: Damit ist es wahrscheinlicher geworden, dass es “leicht” ist, was wiederum den Nachweis durch den LHC erschweren würde. Dem Endlauf des Tevatron – wo man sich immer noch vage Hoffnungen macht, dem CERN die Entdeckung wegschnappen zu können – ist übrigens ein Blitzschlag dazwischen gekommen: Mindestens 2 Wochen liegt der Beschleuniger lahm, während ein Magnet ausgetauscht wird. (Ars Technica, Nature Blog 23., US/LHC Blog 22., Symmetry Breaking 18., Physics World 15.3.2011. Und Nature 17.3.2011 zur erhofften Rolle des LHC bei der nächsten Großen Vereinheitlichung, 150 Jahre nach Maxwell) NACHTRAG: CERN Bulletin (mehr) zum neuen Run des LHC. NACHTRAG 2: Beim CERN gibt man sich siegessicher, dass das Tevatron Higgs-mäßig verloren hat. NACHTRAG 3 zum Tevatron-Effekt. NACHTRAG 4: dito. NACHTRAG 5: dito, oder auch nicht, oder was.

Neutrino-Teleskop mit optischen Teleskopen verkoppelt

Der Neutrino-Detektor ANTARES im Mittelmeer vor der französischen Küste ist inzwischen mit mehreren automatischen optischen Teleskopen “verkoppelt” worden, die sonst rasch auf dasjenige Himmelsfeld schwenken, in dem Satelliten einen Gamma-ray Burst gesehen haben. Dieselbe Reaktion wird auch bei – vermeintlichen – Neutrinobursts (das sind zwei oder mehr Neutrinos dicht beieinander oder ein einzelnes mit besonders hoher Energie) getriggert, die ANTARES registriert, könnten sie doch auf dieselben gewalttätigen kosmischen Prozesse zurück gehen, die es am Himmel im sichtbaren Licht blitzen lassen. Einen konkreten Erfolg gab es zwar bei den zwei Dutzend Triggern seit 2009 noch nicht aber ein Akronym für das intergrierte System: “TAToO” = Telescopes and ANTARES Target of Opportunity. (Ageron & al., Preprint 23.3.2011)

Das schwerste und komplexeste “Anti-Ding”, einen Anti-Helium-Kern aus zwei Antiprotonen und zwei Antineutronen, hat der Relativistic Heavy Ion Collider erzeugen können, eine weitere Steigerung gegenüber dem Anti-Hyper-Triton (“Schwerste Antimaterie …”) vom letzten Jahr. Das Antihelium entsteht allerdings so selten, dass es das AMS-Experiment – das nächsten Monat endlich auf die ISS geschafft werden soll – wohl nicht sehen wird. Und das nächstschwerere Antielement, Anti-Lithium, ist auch künstlich noch lange nicht in Reichweite – bei Raumtemperatur könnte es theoretisch einen Festkörper bilden. (STAR Collaboration, Preprint, New Scientist 22., Physics World 25.3.2011) NACHTRAG: einen Monat später LBL und BNL Releases, CERN Bulletin; Nature Blog, Spiegel.

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2 Antworten to “Jagd auf Dunkle-Materie-Teilchen: die nächste Beinahe-Entdeckung, jetzt von EDELWEISS-II”

  1. Nachrichten aus der extremen Physik kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    [...] weniger aufwärts fliegende Myonen als zu erwarten wären, wenn die Dunkel-Materie-Detektoren DAMA und CoGeNT tatsächlich WIMPs sehen würden. Die sich dann in der Sonne ansammeln und vernichten müssten, [...]

  2. Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    [...] Untergrundexperimente CDMS und gerade erst EDELWEISS hatten schon vorgelegt, und nun hat XENON100 im Gran-Sasso-Tunnel noch deutlich schärfere [...]

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