Kosmologie - Dem Geheimnis der Dunklen Materie auf der Spur

Physiker vermuten im Kosmos eine Überzahl unbekannter Teilchen
Aus: Spektrum der Wissenschaft, Januar 2011
Im Universum muss es gewaltige Mengen einer "Dunklen Materie" geben, die, wie ihr Name sagt, Licht weder aussendet noch absorbiert. Diese unsichtbare Substanz macht sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar, mit der sie das Rotieren der Spiralnebel beeinflusst. Galaxien und Galaxienhaufen sind nach Überzeugung der Astrophysiker von riesigen kugelförmigen Höfen oder "Halos" aus Dunkler Materie umhüllt, von der es insgesamt etwa sechs Mal so viel wie von gewöhnlicher Materie zu geben scheint.
Doch wie die Physiker Jonathan Feng und Mark Trodden in der Januar-Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft berichten, meinen immer mehr Forscher, dass die Dunkle Materie nicht nur ein Notbehelf zur Erklärung sichtbarer Materiebewegungen ist, sondern eine bislang verborgene Seite des Universums mit einem vielfältigen Innenleben. Sie vermuten einen wahren Zoo von Teilchen, zwischen denen neuartige Naturkräfte herrschen – eine eigene Welt, die mit "unserem" Kosmos wechselwirkt.
Zu diesen hypothetischen Partikeln gehören die WIMPs, abgekürzt für weakly interacting massive particles. Wie ihr Name – im Englischen ist ein "wimp" ein Schwächling – andeutet, beeinflussen sie ihre Umgebung nur über die schwache Kernkraft, die in der Radioaktivität eine Rolle spielt. Da sie auf die elektrischen und magnetischen Kräfte, welche die Alltagswelt dominieren, nicht reagieren, bleiben sie völlig unsichtbar und üben auf normale Teilchen kaum direkte Wirkung aus. Das macht sie zu idealen Kandidaten für die kosmische Dunkle Materie.
Seit Sie begonnen haben, diesen Artikel zu lesen, hat schätzungsweise fast eine Milliarde WIMPs Ihren Körper ohne merkliche Wirkung durchquert. Im Lauf eines Jahrs dürfte nur ein solches Teilchen an den Atomkernen in Ihren Zellen gestreut werden und dabei ein wenig Energie abgeben. Um derart seltene Ereignisse überhaupt jemals zu entdecken, bauen Physiker aktuell riesige Teilchendetektoren für die langfristige Überwachung großer Volumina einer Flüssigkeit oder anderer Materialien.
Die intensive WIMP-Suche könnte den Eindruck erwecken, diese Partikel seien die einzigen sinnvollen Kandidaten für Dunkle Materie. Doch neuerdings haben Teilchenphysiker andere mögliche Erklärungen entdeckt, in deren Licht WIMPs nur als Spitze des Eisbergs erscheinen – etwa Partikel, die noch schwächer reagieren. Laut dieser Theorie waren die in den ersten Nanosekunden der kosmischen Geschichte entstandenen WIMPs instabil und zerfielen Sekunden bis Tage später in Teilchen mit ähnlicher Masse, die aber nicht einmal mit der schwachen Kernkraft wechselwirken. Nur noch die Gravitation verbindet diese so genannten Super-WIMPs mit der übrigen Natur. Demnach bilden nicht WIMPs, sondern Super-WIMPs die Dunkle Materie des heutigen Universums.
Manche Forscher spekulieren nun sogar über eine komplette dunkle Gegenwelt mit reichem Innenleben. Da gäbe es ein für uns unsichtbares Spiel von dunklen Kräften und Teilchen, ja sogar ein "Dunkellicht", für das unsere Augen blind wären. Nur über indirekte Anzeichen in den Bewegungen der Galaxien oder in den Spuren gigantischer Teilchendetektoren könnte sich die verborgende Welt bemerkbar machen.

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