Experiment zerschlägt sicher geglaubten Hinweis auf Dunkle Materie

Ein internationales Forscherteam hat eine der hartnäckigsten Behauptungen der Dunkle-Materie-Forschung deutlich entkräftet. Ein Signal, das wiederholt auftrat und als Hinweis auf das mysteriöse Material gehalten wurde, muss einen anderen Ursprung haben.

Signale nicht nachvollziehbar

Zwei speziell zum Vergleich entwickelte Experimente fanden keinen Hinweis auf das schwankende Signal, das seit den späten 1990er-Jahren als möglicher direkter Nachweis der Dunklen Materie gehalten wurde. Eine jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlichte gemeinsame Auswertung schließt mit hoher Sicherheit aus, was italienische Forscher lange vermuteten.

Ausgangspunkt der Debatte war das Experiment DAMA/NaI, das 1997 ein Signal registrierte, dessen Stärke im Jahresverlauf regelmäßig zu- und abnahm. Das Nachfolgeexperiment DAMA/LIBRA beobachtete später ein ähnliches Muster und sorgte damit dafür, dass die Interpretation als möglicher Hinweis auf Dunkle Materie über Jahrzehnte Bestand hatte. Dennoch blieb die Fachwelt skeptisch, weil andere Detektoren weltweit ein vergleichbares Signal nicht bestätigen konnten.


Um die Ergebnisse unter möglichst identischen Bedingungen zu überprüfen, wurden die Experimente ANAIS-112 und COSINE-100 entwickelt. Beide setzen wie DAMA auf Natriumiodid-Kristalle als Detektormaterial und verfolgen damit denselben grundlegenden Messansatz. Gleichzeitig wurden technische Verbesserungen integriert, um Störsignale besser herauszufiltern und die Empfindlichkeit der Messungen zu erhöhen.

Die Experimente suchen nach schwach wechselwirkenden, massereichen Teilchen, kurz WIMPs. Diese gehören zu den wichtigsten theoretischen Kandidaten für Dunkle Materie. Träfen solche Teilchen auf Atomkerne in den Kristallen, müsste sich ihre Nachweisrate im Laufe eines Jahres geringfügig verändern. Hintergrund ist die Bewegung der Erde um die Sonne, durch die sich ihre Geschwindigkeit relativ zu einem angenommenen Halo aus Dunkler Materie in der Milchstraße verändert.

Mehr Klarheit

Bereits erste Daten von ANAIS-112 hatten 2021 keine entsprechende jährliche Schwankung erkennen lassen. Die nun veröffentlichte gemeinsame Analyse der Datensätze von ANAIS-112 und COSINE-100 bestätigt dieses Ergebnis mit deutlich höherer Aussagekraft. In den untersuchten Energiebereichen fanden die Forschenden keinerlei statistisch bedeutsame jährliche Modulation.

Damit gilt die Erklärung, dass Dunkle Materie für das DAMA-Signal verantwortlich ist, als weitgehend ausgeschlossen. Nach Einschätzung der Wissenschaftler beseitigt das neue Ergebnis jedoch ein langjähriges Hindernis für die Forschung und ermöglicht es, die Suche nach Dunkler Materie auf einer klareren Grundlage fortzusetzen. Offen bleibt allerdings, wodurch die ursprünglichen Beobachtungen tatsächlich verursacht wurden.


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