XENON100 hat immer noch keine WIMPs gefunden

Der Dunkel-Materie-Detektor im Gran Sasso, der immer wieder mit dem Nicht-Nachweis irgendeines Signals („Direkte Detektionsversuche der Dunklen Materie …“) für Unmut sorgt, hat schon wieder eine Negativ-Meldung heraus gegeben: 225 Tage Messungen in der neuesten Konfiguration zeigen wieder nichts. Zwar wurden zwei ‚Ereignisse‘ registriert, aber die sind statitisch konsistent mit dem einen Ereignis, das der Strahlungshintergrund in dem italienischen Tunnel liefern sollte. Gegenüber einem Paper von 2011, das auf 100 Tagen Messungen basierte, ist die Empfindlichkeit des Detektors abermals um einen Faktor 3.5 gesteigert worden, und der noch erlaubte Parameter-Bereich für Weakly Interacting Massive Particles ist weiter geschrumpft. Die XENON-Forscher sind aber weiter guten Mutes und halten WIMPs immer noch gleichzeitig für die beste Erklärung der Dunklen Materie aus der Kosmologie (an deren Realität sie nicht zweifeln) und naheliegendste Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik. Der einfachsten Supersymmetrie – die auch schon unter Nullresultaten des LHC leidet – geht es nun allerdings immer schlechter. Mit einem noch viel größeren Detektor, XENON1T mit Baubeginn dieses Jahr, soll die Jagd nun fortgesetzt werden: Er wird gleich eine ganze Tonne flüssiges Xenon – statt der 62 kg von XENON100 – verwenden. Und der große amerikanische Xenon-Detektor LUX soll ebenfalls dieses Jahr mit Messungen beginnen. Aprile & a., Preprint 14., INFN Press Release, PM des MPI für Kernphysik 18., New Scientist Blog 19., Cosmic Variance, Symmetry Breaking 20.7.2012. NACHTRAG: neuer Preprint mit der Auswertung der 225 Tage

Ein kurioses Konzept für einen biotechnologischen Dunkel-Materie-Detektor sorgt für Aufsehen oder wenigstens Amüsement: In dem würden unzählige quasi nummerierte DNS-Stränge an Goldplättchen aufgehängt, die von DM-Teilchen losgeschlagene Goldatome durchtrennen sollen. Anschließend würden die abgehackten DNS-Segmente mit etablierten Genanalyse-Techniken (Stichwort PMC) herausgefiltert, und die genaue Flugbahn der Atome wäre zu rekonstruieren. Und zwar in zwei Dimensionen Mikro- und in der dritten (entlang der DNS-Stränge) sogar Nanometer-genau. Zu wissen, aus welcher Richtung ein DM-Teilchen angeflogen kam, wäre eine wesentliche Erkenntnis, zumal die Methode schon eine niedrige Energieschwelle hätte. Sie würde bereits bei Zimmertemperatur funktionieren und die Appartur auch nur ein kleines Zimmer füllen – nur die konkrete Umsetzung ist noch mit einigen Hürden verbunden. (Drukier & al., Preprint 28.6., ArXiv Blog 2., astrobites 19.7.2012. Und Weniger, Preprint 12., Resonaances 17., Scientific American Blog 23., Physics World 24.4., Su & Finkbeiner, Preprint 14., astrobites 19.6.2012 zu möglichem Dunkel-Materie-Nachweis mit dem Fermi-Satelliten)

„Post-Higgs-Kater“: Physik vor ungewisser Zukunft

„Between the infamous magnet quench of 2008 to the sobering exclusion plots of the last couple of years, an entire generation of graduate students and young postdocs is internalizing the idea that finding new physics will not be as simple as turning on the LHC as some of us had believed as undergrads. Despite our youthful naivete, the LHC is also still in its infancy with a 14 TeV run coming after its year-long shutdown. The above results are sobering, but they just mean that there wasn’t any low-hanging fruit for us to gobble up right away.“ (Flip Tanedo, Quantum Diaries 19.7.2012)

Bloss den LHC einschalten, und schon fällt einem spektakuläre „Neue Physik“ in den Schoss: Das mag in den letzten Jahren mancher Physiker gehofft haben, aber so ist es eben nicht gekommen. Der Super-Beschleuniger hat bisher letztlich nur bestätigt, was eh die meisten glaubten, und nach der Feierlaune Anfang des Monats bricht sich nun wieder die Besorgnis Bahn, dass nach dem Fang mutmaßlichen Higgs-Teilchens nicht mehr viel heraus kommen könnte. Supersymmetrie? Schwer eingeschränkt (auch durch Versuche des direkten Nachweises; s.o.). Hinweise auf zusätzliche Raumdimensionen? Keine Spur. Schwarze Minilöcher? Spricht schon keiner mehr drüber. Natürlich sind noch nicht einmal die bisherigen Kollisionsdaten komplett ausgewertet, bis Jahresende geht der 8-TeV-Run noch weiter, und dann kommt ja noch die 14-TeV-Ära: Die schiere Datenmenge der nahen Zukunft wird sicher der Physik einen viel klareren Weg als bisher weisen und z.B. die Eigenschaften des Higgs-Feldes – des einzigen fundamentalen Skalarfeldes in der heutigen Natur – genauer beschreiben. Aber eine Menge clevere Hypothesen über das Standardmodell hinaus, auch das ist nun unausweichlich, werden in den kommenden Jahren auf der Strecke bleiben – und in welcher Richtung die großen Antworten liegen, ist nun weniger klar als viele glaubten. (Science News, Quantum Diaries 20., Economist 19., NPR, Strassler, Nature, Telegraph 18., Strassler, Woit 16., Boston Globe 15., USA Today 14.7.2012)

„Even though it wasn’t discovered until 2012, the Higgs boson was proposed back in 1964. It is very much a child of the 20th century. In particle physics and cosmology, the 21st century promises discoveries that will help illuminate the dark universe around us. That’s the great thing about history being made: you know things are different now, but you can’t be sure where you’re going to go next.“ (Sean Carroll, CNN 20.7.2012 [NACHTRAG: hier kommentiert])

Es war ein gutes Jahr für den LHC, das nächste wird noch besser – und vielleicht werden’s gleich drei am Stück

Am 6. Dezember ist planmäßig der Betrieb des Large Hadron Collider für dieses Jahr zuende gegangen, nun ist Winterpause mit kleineren Wartungsarbeiten bis Februar 2011. Und dann kann sich – das ist die einhellige Meinung in LHC-Kreisen – die Natur nicht mehr dagegen wehren, etwas grundlegend Neues preis zu geben: In den sieben Monaten Protonen-Kollisionen 2010 sind bereits alle fundamentalen Entdeckungen der Teilchenphysik nachvollzogen worden, aber mit den zusätzlich 2011 zu erwartenden Kollisionsdaten muss es einfach in Richtung „Neue Physik“ gehen. Und weil es 2010 so gut lief, wird wahrscheinlich im Januar beschlossen werden, den LHC dann gleich bis Ende 2012 statt Ende 2011 laufen zu lassen, und das sogar mit 8 TeV statt den seit März möglichen 7 TeV. Die Möglichkeit, dass der einzige Konkurrent des LHC, das amerikanische Tevatron, auch länger als geplant laufen könnte („Eine weitere Empfehlung …“), spielt dabei sicher auch eine Rolle: Zwei zusätzliche Jahre statt nur einem erhöhen die Chance auf den Nachweis des Higgs-Teilchens erheblich, das sonst die Amerikaner u.U. doch noch als erste einfahren könnten.

Die Inbetriebnahme des LHC hat „noch die optimistischsten Erwartungen übertroffen“, sagt die Sprecherin eines der vier Instrumente, ATLAS: Programmatische Meilensteine wurden früher erreicht, die integrierte Gesamtleuchtkraft war am Ende doppelt so hoch wie geplant, und der wissenschaftliche Ertrag kann sich schon jetzt sehen lassen. 48.1 inversen Picobarn hat der LHC abgeliefert, wovon ATLAS 45 pb^-1 oder 94% aufzeichnen konnte. Schon im Sommer war die „Wiederentdeckung“ des Standardmodells der Teilchenphysik komplett, und zum Schluss konnte ATLAS 250’000 W- und 23’000 Z-Bosonen vorweisen (das Tevatron hat zwar 50-mal mehr aber dafür auch 20 Jahre gebraucht) sowie etwa 700 Top-Quarks, die zum ersten Mal überhaupt in Europa nachgewiesen wurden (und von denen das Tevatron nur 8-mal mehr einfuhr). Auch konnte gezeigt werden, dass die „Jets“ von Teilchen, die aus den Kollisionen herausspritzen, perfekt der Quantenelektrodynamik folgen – während zugleich der Detektor anhand der bekannten Physik geeicht werden konnte.

Der zweite Protonen-Run ab kommendem Februar verspricht – v.a. wenn tatsächlich mit 8 TeV Energie gefahren werden darf – eine Steigerung der integrierten Leuchtkraft auf 1 bis 2.5 inverse Femtobarn: Schon „in ein paar Monaten“ könnten sich hypothetische W‘- und Z‘-Bosonen bemerkbar machen, die davon künden würden, dass es mehr als die bekannten vier Naturkräfte Gravitation, Elektromagnetismus und starke und schwache Kernkraft gäbe (wobei die neuen wie die letzeren beiden ebenfalls nur kurze Reichweiten hätten). Ebenfalls 2011 in Reichweite wären erste Teilchen der postulierten Supersymmetrie – aber das viel beschworene Higgs nur, wenn es sich in einem ganz bestimmten Massenbereich befindet. 2011 wird sozusagen ein „Jahr der Komplementarität“ (man könnte auch „Wettlauf“ dazu sagen) mit einer realen Chance für den LHC wie das Tevatron, des Teilchens zuerst ansatzweise habhaft zu werden, die für beide Beschleuniger auf eine nichttriviale – und v.a. unterschiedliche – Weise von seiner Masse abhängt.

Im Laufe des Jahres 2011 kann aber – reine Mathematik hier – weder dem einen noch dem anderen Beschleuniger ein Nachweis des Higgs mit der erforderlichen Signifikant gelingen, allenfalls ein 3-Sigma-Effekt. Auch 2012 könnte das Tevatron die gewünschten 5 Sigma nicht erreichen, der LHC aber schon: ein gewichtiger Grund für die vorgeschlagene Verschiebung des großen Umbaus – der den Beschleuniger für viel höhere Kollisionsenergie fit machen soll – bis 2013, über die Ende Januar auf einer Sitzung von Vertretern der 20 CERN-Nationen abschließend befunden werden soll. Mit der endgültigen Energie von 14 TeV könnte der LHC dann erst ab 2014 arbeiten – und vermutlich würden zusätzliche Reparaturen an den Magneten des Speicherrings nötig, deren präzise Ausrichtung mit der Zeit leidet. Und es müsste zusätzliche Rechenpower für die zu erwartende Datenflut von der erhöhten Zahl von Kollisionen besorgt werden. Insgesamt soll der LHC – dessen erste Planung schon 1984 begonnen hatte, ernsthaft dann vor 20 Jahren – rund 20 Jahre lang arbeiten, gezählt vom März 2010 an, als es erstmals mit 7 TeV krachte.

Unterdessen gibt es keinen Zweifel mehr, dass der LHC bei den Blei-Blei-Kollisionen im November („Erste LHC-Blei-Ergebnisse …“) tatsächlich ein mindestens so überzeugendes Quark-Gluonen-Plasma produziert hat wie der RHIC in den USA: Insbesondere ist das „Jet-Quenching“, das Verschwinden eines von zwei Jets nach einer Kollision (der im Plasma einfach stecken bleibt), extrem ausgeprägt und war schon am allerersten Blei-Tag evident. Daraus kann man zwar nicht direkt etwas über den extrem jungen Kosmos lernen, aber dieser außergewöhnliche Materiezustand kann nun näher untersucht werden – das nächste Mal vermutlich ab November 2011. Aber jetzt dürfen sich erstmal wieder Protonen um die Neue Physik kümmern, die nach allgemeiner Physiker-Meinung im TeV-Bereich schlummern muss … Vortrag von Fabiola Gianotti (CERN) im Physikalischen Kolloquium in Bonn 10., LBNL Release 8.12., ATLAS Release 26.11.2010; Nature News 10., Physics World 7., DLF 6., Reuters 3.12.2010. Auch ein CERN Release, Physics World und Reuters zum Erfolg eines 2. Experiments – ASACUSA – zur „Massenproduktion“ von Antimaterie am CERN. NACHTRAG: der CERN Courier zu den Entdeckungen beim Blei-Ionen-Run des LHC – und ein CMS-Paper und CERN Release, Nature News, Ars Technica und IO9 über keine Schwarzen Löcher nach den Protonen-Kollisionen.

Raumfahrt-Nachrichten kompakt

Das größte Bild der Milchstraße stammt vom Spitzer Space Telescope und misst 36 x 1 bis 2 Meter (in der Mitte ist es dicker): zu sehen seit Anfang des Monats in Adler-Planetarium in Chicago. (JPL Feature 3.12.2009)

Das Alpha Magnetic Spectrometer wird für seinen ISS-Flug vorbereitet

Bald wird das 7-Tonnen-Instrument im ESTEC seinen letzten Tests unterworfen, bevor es im Frühjahr 2010 zum KSC und voraussichtlich im Juli 2010 mit der Endeavour bei Mission STS-134 zur ISS geschafft wird: Auf dem Hauptgerüst der Raumstation angebracht, soll es drei Jahre lang mit einem gewaltigen supraleitenden Magneten seltene Teilchen fangen. Lange war unsicher, ob das AMS – dessen Prototyp 1998 mal kurz Shuttle fliegen durfte – überhaupt noch auf die ISS darf, jetzt feiert es die ESA plötzlich als „eine der aufregendsten und wichtigsten Missionen“, die überdies beweise, dass die ISS wissenschaftlich etwas tauge … Nur noch 5 Shuttleflüge überhaupt sind geplant, alle zur ISS (die als zu 90% komplett gilt), der nächste am 7. Februar, der letzte im September 2010. (AMS Homepage beim CERN; ESA Release, NASA Media Advisory 17.12.2009)

Das Leonardo-Frachtmodul soll permanent an die ISS angedockt werden und wird deshalb – nach seinem letzten Flug hin und zurück im März – in ein Permanent Multipurpose Module (PMM) umgebaut: Befreit von unnötigen Teilen und besser abgeschirmt soll Leonardo beim allerletzten Shuttle-Flug am 16.9. zur ISS gebracht werden, um ihren Wohn- und Lagerraum noch einmal zu erweitern. (Spaceflight Now 6.12.2009) NACHTRAG: über zwei Monate später ein NASA Release desselben Inhalts.

Das verlorene Orbiting Carbon Observatory wird ersetzt

Jedenfalls sollen im NASA-Etat für 2010 die ersten 50 Mio.$ für einen Neubau des bei einem Fehlstart im Februar zerstörten Satelliten (siehe Cosmic Mirror #325 Kurzmeldungen) stehen, der aber wieder 280 Mio.$ kosten dürfte. Immerhin können jetzt schon mal langwierig zu beschaffende Bauteile bestellt und das Team zusammengehalten werden. Beobachtungen mit dem Aqua-Satelliten haben gerade erst gezeigt, dass sich das C02 in der Atmosphäre „klumpiger“ verteilt als angenommen: Da gibt es noch genug zu erforschen. (Nature Blog 9., Planetary Society Blog 13., Scientific American 17.12.2009)

Noch kein Hauptkontraktor für die Meteosats der 3. Generation ist bisher von der ESA ausgewählt worden: Zwei Konsortien bewerben sich um den Auftrag mit einem Volumen von 1.4 Mrd. Euro. Jetzt muss der ESA-Rat (die Weltraumbehörde bezahlt 1/4 der 3.3 Mrd. Euro Gesamtkosten inkl. Bodeninfrastruktur und Betrieb, Eumetsat 3/4) im März zu einer Sondersitzung einberufen werden. (Space News, BBC 11.12.2009) NACHTRAG, 1/4 Jahr später: Das zieht sich weiter hin … NACHTRAG 2: … und es wird nicht besser. NACHTRAG 3: Weshalb sich ein unabhängiger Ausschuss drum kümmern soll, ob Thales wirklich den Auftrag verdient hat. NACHTRAG 4: Und politisch hängt MTG nun auch …

Die „Pioneer-Anomalie“ hat nichts mit ’neuer Physik‘ der Gravitation zu tun

Es wird schon lange vermutet, dass hinter der minimalen aber signifikanten Abbremsung der Pioneer-Sonden auf dem Weg durch’s äußere Sonnensystem nichts weiter als thermische Abstrahlungseffekte der Sonden selbst stecken (siehe Artikel 426), und der Verdacht hat sich seitdem erhärtet (siehe diesen, diesen oder diesen Artikel). In manchen Kreisen hofft man aber weiter, dass sich stattdessen geheimnisvolle „neue Physik“ in Gestalt von Anomalien der Gravitation verbergen mögen – doch die müssten dann auch z.B. die Bahnen der Neptunmonde beeinflussen. Tun sie aber nicht! (Iorio, Preprint 15., arXiv Blog 17.12.2009)

Russische Plutonium-Lieferungen für US-Planetenmissionen verzögern sich – noch ist das kein Problem, kann es aber bald werden, wenn man sich nicht einigt. Die NASA ist aber guten Mutes und hat gerade wieder eine neue Discovery-Mission ausgeschrieben, die auf RTGs zählen darf. (Space News 11.12.2009)

Der erste SBIRS-Satellit wird nicht vor 2011 fertig

Das 11.5 Mrd.$ teure Space-Based Infrared System der USA zur Frühwarnung vor Raketenstarts ist bereits 8 Jahre hinter dem Zeitplan und 7.5 Mrd.$ teurer als gedacht. (Spaceflight Now 10.12.2009)

Die Antennenausrichtung von GeoEye-1 ist ausgefallen, weshalb der Erdbeobachter nicht mehr gleichzeitig Bilder machen und Daten zur Erde senden kann. (Spaceflight Now, Space Today 17.12.2009)

Suborbital-Deal von XCOR und Südkorea

XCOR Aerospace und das Yecheon Astro Space Center haben einen Vertrag über 30 Mio.$ abgeschlossen, der zu Starts des Lynx-Vehikels in Korea führen soll: erst mit der Version Mark I ab Ende 2010 bis in 61, dann mit Mark II 2012-13 bis in 100 km Höhe. Das Geschäftsmodell ist ein sogenannter wet lease, bei dem das Space Center XCOR für Flug und Wartung der Raumschiffchen bezahlt. (XCOR Press Release, Cosmic Log 17., Space Today 18.12.2009)

Nach der Vorstellung des SpaceShipTwo hob schon mal das Festzelt ab: Das entsprechende Video setzt Scaled Composites inzwischen als Werbegag ein – alle Gäste der Party waren rechtzeitig evakuiert worden und Raumschiff wie Trägerflugzeug nicht in der Nähe, als der Wind zu stark geworden war. (BizBash 16., Bakersfield 15., The Space Review 14., Orion 12., Space.com 11., Popular Mechanics, Atlantic Wire 9.12.2009, eine Galerie und Cosmic Log 8., TechFlash 11.12.2009 zu weiteren suborbitalen Mitbewerbern)