Dunkle Materie: Axionen-Hypothese wird unwahrscheinlicher

15. November 2017, 11:48
13 Postings

Messungen von Schweizer Forschern erbringen keinen Nachweis für hypothetische Elementarteilchen

Villigen – Immerhin 23 Prozent sollte der Anteil der geheimnisvollen Dunklen Materie am gesamten Materie- bzw. Energiegehalt des Universums gemäß dem Standardmodell der Kosmologie betragen. Zum Vergleich: "Herkömmliche" Materie – also alles, was wir beobachten können – käme demnach nur auf etwa 4,6 Prozent.

Dass es die Dunkle Materie überhaupt gibt, schließen Forscher unter anderem daraus, dass Galaxien trotz ihrer relativ raschen Rotation nicht auseinandergerissen werden. Sie müssten also deutlich mehr Masse haben, als man durch Beobachtung feststellen kann – der unbekannte Faktor wäre dann eben die Dunkle Materie. Neben solchen indirekten Hinweisen auf ihre Existenz fehlt aber bisher ein direkter Nachweis. Wie sie beschaffen ist, bleibt damit vorerst Gegenstand von Spekulationen.

Vermutlich keine Axionen

Eine von mehreren Hypothesen besagt, dass sie aus sogenannten Axionen bestehen könnte – hypothetischen Elementarteilchen. Am Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI) und an der Neutronenquelle ILL in Grenoble haben Wissenschafter eifrig Daten gesammelt, um die Existenz von Axionen nachzuweisen. Mit einer um den Faktor 1000 verbesserten Genauigkeit gegenüber früheren Messungen kommen sie nun zum Schluss, dass Axionen nicht existieren – zumindest in diesem Messbereich.

An der "Quelle ultrakalter Neutronen" (UCN) des PSI untersuchen Forscher aus sieben Ländern bestimmte Eigenschaften von Neutronen. In den dabei gesammelten Daten suchten sie unter anderem nach Hinweisen auf eine Wechselwirkung zwischen Neutronen und Axionen. Bei der Begegnung mit einem Axion würde sich – stark vereinfacht – die Verteilung der elektrischen Ladung im Inneren des Neutrons ändern, so die Forscher.

Das würde sich in regelmäßigen Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften des Neutrons zeigen. Dieser indirekte Beweis auf die Existenz von Axionen blieb jedoch aus: von regelmäßigen Schwankungen keine Spur. Ebenso in bereits zuvor gesammelten Daten der Neutronenquelle ILL in Grenoble. Davon berichten die Wissenschafter im Fachjournal "Physical Review X".

Immerhin: Kandidatenzahl wird kleiner

Dadurch sei die Existenz von Axionen zwar immer noch nicht gänzlich ausgeschlossen, die Ergebnisse schränken aber die Bandbreite an Eigenschaften, die diese hypothetischen Teilchen haben könnten, deutlich ein. Der "Misserfolg" bei der Suche nach diesen Teilchen ist damit ein Fortschritt für die Erforschung Dunkler Materie.

"Damit widerlegen die Ergebnisse diejenigen physikalischen Modelle, die Axionen mit diesen Eigenschaften postulieren und helfen so, die Vielfalt an Teilchen einzuschränken, die mögliche Kandidaten für die Dunkle Materie sind", sagte Studienautor Klaus Kirch vom PSI gemäß der Mitteilung. (APA, red, 15. 11. 2017)

Share if you care.