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Teilchenphysik: Auf der Spur des mysteriösen Neutralinos

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Messung im Orbit: Der Teilchendetektor AMS Fotos
NASA

Forscher haben in der kosmischen Strahlung Hinweise auf ein bislang nicht nachgewiesenes Teilchen entdeckt. Ihre Messungen mit einem Detektor an Bord der Raumstation ISS passen sehr gut zur Theorie des Neutralinos, eines Partikels der Dunklen Materie.

Tau-Neutrino, Strange Quark, Gluon - exotische Elementarteilchen kennen Physiker jede Menge. Zuletzt sorgte das am Cern-Beschleuniger in Genf aufgespürte Higgs-Boson für Schlagzeilen. Nun berichten Forscher über Hinweise auf ein bislang nur in der Theorie bekanntes Teilchen mit dem Namen Neutralino, das laut dem Partikelmodell der Physiker zur rätselhaften Dunklen Materie gehört.

Die Hinweise auf ein mögliches Neutralino stammen vom Detektor AMS an Bord der Internationalen Raumstation ISS. Er analysiert die kosmische Strahlung und zählt dabei Elektronen und ihre Gegenspieler, die positiv geladenen Positronen. Dabei zeigte sich, dass der Anteil der Positronen ab einer Energie von 8 Gigaelektronenvolt (GeV) rapide ansteigt und bei 275 GeV ein Maximum erreicht. Dieses Maximum dürfte es eigentlich nicht geben - es deute auf eine neue Quelle von Positronen hin, wie das internationale Forscherteam im Fachblatt "Physical Review Letters" berichtet.

Die Messungen könnten helfen, die Dunkle Materie besser zu verstehen. Physiker gehen davon aus, dass nur etwa fünf Prozent des Universums aus gewöhnlicher Materie bestehen, wie wir Menschen sie von der Erde kennen. Etwa 27 Prozent sind Dunkle Materie und rund 68 Prozent Dunkle Energie.

"Wir haben ein Maximum beim Positronenanteil gemessen - und genau das sagt das Modell der Dunklen Materie auch voraus", sagt Stefan Schael von der RWTH Aachen. Der vom AMS-Detektor nachgewiesene Positronenüberschuss ließe sich gut durch Kollisionen von Teilchen der Dunklen Materie erklären. Die Ergebnisse seien mit der Existenz eines Neutralinos vereinbar, eines bislang nur theoretisch vorhergesagten Teilchens der Dunklen Materie.

Detektor von Space Shuttle angeliefert

Die Existenz Dunkler Materie oder neuartiger Teilchen beweisen die Messungen freilich nicht. "Wir können nicht ausschließen, dass es auch andere Erklärungen gibt", sagt der Physiker. Es gebe durchaus weitere Positronenquellen, etwa Pulsare.

Das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS), auch als AMS02-Experiment bezeichnet, wurde im Mai 2011 mit dem letzten Flug des Space Shuttles "Endeavour" zur ISS transportiert. Es ist an der erdabgewandten Seite des ISS-Auslegersegments S3 an die Raumstation montiert. Das Spektrometer besteht aus einem großen Dauermagneten, der durchfliegende geladene Teilchen ablenkt. Aus der Bahnkrümmung kann man Ladung und Energie der Partikel bestimmen. An der Entwicklung des sieben Tonnen schweren und 1,5 Milliarden Euro teuren Instruments waren mehr als 500 Forscher aus 16 Ländern beteiligt. Die Forscher hoffen, dass der Detektor noch bis 2024 Daten liefert.

Präzise Messungen der kosmischen Strahlung sind nur im Weltall möglich. "Das Magnetfeld der Erde schirmt unseren Planeten großräumig ab", erklärt Stefan Schael. In rund 400 Kilometern Höhe, wo die ISS fliege, sei die Abschirmung allerdings nicht vollständig. "Deshalb können wir dort Elektronen und Positronen nachweisen."

Die Atmosphäre bildet einen zweiten Schutzmechanismus vor der für Organismen gefährlichen kosmischen Strahlung, denn sie absorbiert Elektronen und Positronen. Nur wegen dieser doppelten Abschirmung ist Leben auf der Erde möglich.

Die Wissenschaftler hoffen, schon bald das Rätsel der Dunklen Materie lösen zu können. Man führe weitere Messungen mit AMS durch, um den Positronenanteil bei noch höheren Energien bestimmen zu können, sagte Samuel Ting vom MIT, der das AMS-Experiment koordiniert. Der genaue Verlauf dieser Kurve sei wichtig, weil in ihr eine Art Signatur der Dunklen Materie stecken könnte.

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1.
Toleranz&Meinungsfreiheit 20.09.2014
275 GeV und mehr! Wenn ich daran denke, dass wir in unserem Elektronenrastermikroskop die meisten Messungen mit 5 bis 20 keV durchführen wird mit fast schon schwindelig wenn ich mir die Verhältnisse anschaue. Über 10.000.000 mal höhere Energien. Da geht was...
2. Positronpeak
Layer_8 20.09.2014
Wäre in der Tat eine Sensation, viel größer als das Higgs-Boson, wenn es tatsächlich Neutralinos sind. Totgesagte (SUSY) leben oft länger. Bescheidener Artikel für eine solche Entdeckung, falls es sich tatsächlich bewahrheitete. Jedoch mir fehlt der Glaube... ;-)
3. Leben auf den Mars - für immer unmöglich?
merapi22 20.09.2014
Wie könnte man eine künstliche Atmosphäre auf Mond/Mars schaffen, denn ohne ist: "Nur wegen dieser doppelten Abschirmung ist Leben auf der Erde möglich." Es sollte mehr in diese Forschung investiert werden, denn unseren heutigen Wohlstand verdanken wir allein unseren Wissen und technischen Möglichkeiten.
4. Ich als Laie
Untertan 2.0 20.09.2014
Ich habe den Eindruck das ganze Konzept von Dunkler Materie und Dunkler Energie steht auf ziemlich tönernen Füßen. Wenn es so wahnsinnig viel davon gibt (viel mehr als "helle" Materie), warum ist dann der Nachweis so schwierig? Ich höre immer nur "hätte", "könnte", "müsste", aber nie "ist".
5. Nachweis
Layer_8 20.09.2014
Zitat von Untertan 2.0Ich habe den Eindruck das ganze Konzept von Dunkler Materie und Dunkler Energie steht auf ziemlich tönernen Füßen. Wenn es so wahnsinnig viel davon gibt (viel mehr als "helle" Materie), warum ist dann der Nachweis so schwierig? Ich höre immer nur "hätte", "könnte", "müsste", aber nie "ist".
Ist schon längst passiert. Oben im Himmel kann man nämlich Galaxien beobachten. Ohne DM wären diese schon längst auseinandergeflogen, weil die Schwerkraft der sichtbaren Materie alleine den Zusammenhalt nicht bewirken kann. Zu wenig da. Jedoch, DM wechselwirkt ja nicht mit Licht, sonst wäre sie ja nicht D. Und das macht den direkten Nachweis ziemlich subtil. Einzige Hoffnung ist die sog. "schwache" Wechselwirkung, welche normalerweise für radioaktive Zerfälle verantwortlich ist. Die ist allerdings wirklich so schwach, dass sie sich eigentlich nur in den extrem dichten Atomkernen bemerkbar machen kann. Hilft also nur weitermachen und hoffen, dass da mal ein Effekt sich bemerkbar macht, auch außerhalb der Atomkerne.
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