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'DarkSide 50' - Ein Experiment im Felsmassiv

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'DarkSide 50' - Ein Experiment im Felsmassiv

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Die Dunkle Materie ist eines der großen Rätsel der Astrophysik. Sehen kann man sie nicht, dennoch muss sie existieren, eine Art mysteriöser Klebstoff, der das Universum seit dem Urknall zusammenhält. Neue Hinweise lieferte Anfang April das Alpha Magnetic Spectrometer auf der Internationalen Raumstation ISS. Bei der Untersuchung kosmischer Strahlung stieß das Messgerät auf überraschend viele Positronen, die nach Ansicht der Physiker aus Dunkler Materie entstanden sein könnten.

Eine spektakuläre Entdeckung, die nun durch weitere Untersuchungen bestätigt werden muss. Antworten könnte das unterirdische Versuchslabor im italienischen Gebirgsmassiv Gran Sasso liefern. Es ist durch 1400 Meter Fels von der störenden kosmischen Strahlung abgeschirmt. Ideale Bedingen, um sich mit der Dunklen Materie zu beschäftigen, die angeblich gut 24 Prozent der gesamten Materie des Universums ausmacht. Cristiano Galbiati leitet das sogenannte ‘DarkSide50 experiment’.
“Ohne Dunkle Materie würde das Universum nicht so aussehen wie heute. Es hätte nicht genügend Materie gegeben für die Vermehrung von Galaxien-Haufen bis zu der Form des Weltalls, die wir heute kennen. Es ist eine ganz grundsätzliche Frage, mit der man sich befassen muss, um den Ursprung und die Entwicklung unseres Universums zu verstehen.”

Kernstück des Experiments im Versuchslabor für Elementarteilchenphysik ist eine große Metallkugel, die die Forscher mit speziellen Elektronenröhren ausstatten, Photoelektronenvervielfacher. Sie dienen dazu, schwache Lichtsignale bis hin zu einzelnen Photonen aufzuspüren durch Erzeugung und Verstärkung eines elektrischen Signals. 110 Photovervielfacher stecken in der Kugel.

“Das ist eine ganz entscheidende Phase”, erklärt der verantwortliche Ingenieur Paolo Lombardi. “Wir installieren Elektronenröhren, die als optische Sensoren fungieren, das im flüssigen Szintillator erzeugte Licht erfassen und in elektrische Signale umwandeln. Diese Daten können von unseren elektronischen Systemen ausgewertet und später verarbeitet werden.”

Die Eisenkugel wird in ein großes, zylinderförmiges Wasserbecken eingesetzt. Die Wassermassen sollen die Kugel vor der kosmischen Strahlung abschotten. Im Kern der Kugel befindet sich eine mit Argon gefüllte Kapsel.
Argon ist ein träges Edelgas, das sich bei Minus 180 Grad Celsius verflüssigt. Es kann Licht aussenden und gibt Elektronen frei, wenn es von anderen Teilchen getroffen wird.

Jedes Teilchen hat seinen eigenen elektronischen Fingerabdruck und kann so identifiziert werden. Dunkle Materie hingegen lässt sich nur im Ausschlussverfahren ermitteln. “Argon ist ein ganz wesentlicher Bestandteil des Projekts”, sagt Cristiano Galbiati. “Mit dem Edelgas lassen sich ionisierte Strahlen nachweisen, ganz gleich, ob sie radioaktiven Ursprungs sind oder von der Dunklen Materie stammen.”

Dunkle Materie besteht mutmaßlich aus sogenannten Wimps. Die Abkürzung steht für Weakly Interacting Massive Particles (schwach wechselwirkende massereiche Teilchen), die unsichtbar sind, weder Licht ausstrahlen noch abgeben. Treffen diese Wimps jedoch auf Argon, sagen die italienischen Forscher, kommt es zu einer messbaren Wirkung. Argon wirkt quasi wie ein Scheinwerfer. Der Nachweis der Dunklen Mateire wäre erbracht.

Das von europäischen, US-amerikanischen und chinesischen Forschungseinrichtungen unterstützte Experiment im Gebirgsmassiv hat gerade erst begonnen. Es ist auf drei Jahre angesetzt.