Und wo steckt sie nun, die Dunkle Materie …?

Astrophysikalische Argumente für Kalte Dunkle Materie als bedeutendem Bestandteil des Universums sind das eine – aber ein mehr oder weniger direkter Nachweis wäre auch nicht schlecht: In einer ehrlichen Bestandsaufnahme kommt G. Bertone (Nature 468 [18.11.2010] 389-93) zu dem Schluss, dass die „Stunde der Wahrheit“ für den bei weitem populärsten Kandidaten, ein Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) aus einer supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells, in den kommenden 5 bis 10 Jahren schlägt. Entscheidend wird dabei sein, ob der Large Hadron Collider wirklich „neue Physik“ bei seinen Proton-Proton-Kollisionen mit 7 oder spätestens 14 TeV Zentrumsenergie zu Tage fördert, wie die meisten Theoretiker erwarten. Es gibt zwar viele verschiedene Ansätze für die Supersymmetrie, aber der LHC wird einen großen Teil des Parameterbereichs abdecken.

Ein „Traum-Szenario“ wäre es dann, wenn der LHC das Neutralino – das am ehesten zu erwartenden SuSy-Teilchen – fände und unterirdische Detektoren für den direkten Nachweis von WIMPs ebenfalls signifikant ‚ausschlagen‘ würden. Sie würden zusätzliche Informationen über die Eigenschaften und Häufigkeit der Teilchen liefern: Dann wäre es ziemlich klar, ob ihm die (gesamte) kosmische Dunkle Materie zugeschrieben werden kann oder nicht. Immer noch recht erfreulich wäre ein Erfolg des LHC bei gleichzeitigem Fehlschlag im Untergrund: Man kann sich allerlei plausible WIMPs vorstellen, die auch den größten Detektoren dort entgehen könnten. Das „Albtraum-Szenario“ hingegen träte ein, wenn sowohl der LHC als auch die Untergrund-Detektoren am Ende leer da stünden: Die WIMPs als Erklärung der Dunklen Materie würden dann wohl ins Abseits geraten und noch exotischere Partikel ins Gespräch kommen. Oder Modifikationen der Schwerkraft (wie diese hier?), die aber dann bitteschön auch alle anderen astronomischen Beobachtungen erklären müssten.

So weit sind wir aber noch lange nicht: Der LHC läuft gut, und die Untergrund-Experimente werden ständig empfindlicher. (Zwar haben zwei schon vermeintliche Signale der Dunklen Materie gemeldet, aber gerade hat die Cryogenic Dark Matter Search erneut Messungen publiziert, die DAMA wie CoGeNT direkt widersprechen.) Und es gibt auch noch die Hoffnung, die Teilchen der Dunklen Materie indirekt im Weltraum nachzuweisen, wo sie sich gegenseitig vernichten müssten (was der Fermi-Satellit gesehen haben könnte [mehr, mehr und mehr dazu], aber das kann auch was anderes sein), oder Neutrinos besonders hoher Energie aus der Sonne auf dort angesammelten WIMPs hinweisen würden. Letzteres wäre sogar ein relativ direkter Beweis, da der Sonnenkern selbst solche Neutrinos nicht produzieren könnte. Die indirekte astrophysikalische Suche hat jedenfalls den Vorteil, dass sie – im Gegensatz zu Labors im Untergrund und erst recht dem LHC – nichts kostet: Die Daten kommen eh‘ zustande, in Sachen Sonne z.B. durch das Neutrinoteleskop IceCube am Südpol.

In der beobachtenden Kosmologie passt noch nicht alles gut zusammen, sagen chinesische Physiker, die die zeitliche Entwicklung der Dunklen Energie ergründen wollen: Die Ia-Supernovae und die räumliche Verteilung der Galaxien (die die Baryonen-Akustischen Oszillationen verrät) besagen demnach, dass die Beschleunigung der kosmischen Expansion bei einer Rotverschiebung von weniger als 0.3 abgenommen habe, nähme man jedoch die Kosmische Hintergrundstrahlung hinzu, komme eine bis in die kosmische Gegenwart weiter zunehmende Beschleunigung heraus. Durch gezieltes – begründetes – Weglassen bestimmter Supernovae könne man die „Spannung“ zwischen den Ergebnissen zwar weitgehend beseitigen, aber konsistentere Daten wären wünschenswert. (Li & al., Preprint 9.11.2010)

Die Eigenbewegungen der Galaxien passen zur Standard-Kosmologie – aber nicht vor unserer Haustür: Die Bewegungen der Galaxien relativ zur allgemeinen kosmischen Expansion sind im Rotverschiebungsbereich um 0.25 und 0.38 – den die Sloan Digital Sky Survey erfasst – wie im Rahmen der Lambda-CDM-Kosmologie zu erwarten, zeigt eine neue Analyse. Aber in der kosmischen Nachbarschaft der Milchstraße sind die mittleren Geschwindigkeiten der Galaxien deutlich höher: Das könnte bedeuten, dass wir uns in einer ungewöhnlich über- oder unterdichten Region des Alls befinden. (Song & al., Preprint 23.6.2010)

6 Antworten to “Und wo steckt sie nun, die Dunkle Materie …?”

  1. Fundamental-physikalische Nachrichten kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] die entstehen müsste, wenn das Gammaglühen aus der Umgebung des Galaktischen Zentrums auf die gegenseitige Vernichtung von WIMPs (3. Absatz) als Konstituenten der Dunklen Materie zurück gehen würde, passt verblüffend gut zu […]

  2. Nachrichten aus der Astrophysik kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Nullresultate („Auch keine …“) eingefahren – darunter das beste Limit zu Teilchen der Dunklen Materie im Sonneninnneren. (LBL, NSF Releases 17., Welt der Physik 20., Science News, Spiegel 21., Science […]

  3. Ein neuartiger Nachweis Dunkler Materie in Galaxien « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] wahrscheinlicher dass dort praktisch nur DM sitzt). Zwar wissen wir dadurch immer noch nicht, woraus die DM eigentlich besteht, aber angesichts der Evidenz im großen Kosmos für sie ist ein neuartiger Nachweis ihrer Existenz […]

  4. Dunkle Materie direkt detektieren: Durchbruch (bald)? « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] direkte Suche nach der Dunklen Materie des Kosmos mit Detektoren im Untergrund könnte schon dieses Jahr einen entscheidenden Schritt […]

  5. LHC wird wieder hoch gefahren – und erste Negativ-Resultate in Sachen Supersymmetrie und Higgs-Teilchen « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] den kommenden 5 bis 10 Jahren wird auf einem oder mehreren Wegen ein überzeugender Nachweis von Teilchen der Dunklen Materie gelungen sein, davon gehen heute viele Teilchenphysiker aus – und ein paar sind sich sogar […]

  6. Dunkle-Materie-Teilchen: die nächste Beinahe-Entdeckung « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] konnte es schon hier, hier und eben noch hier („Nachweis …“) lesen: Die Detektoren, die im Untergrund […]

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