Rätselhaftes Teilchensignal:
Hoffnung auf Nachweis Dunkler Materie

Ein einzelnes Teilchenereignis sorgt in der internationalen Physik für Aufsehen: Forschende des LZ-Dunkle-Materie-Experiments haben tief unter der Erde ein Signal registriert, das sich bislang keiner bekannten Wechselwirkung eindeutig zuordnen lässt.

Nur ein Ereignis

Das LZ-Experiment (LUX-ZEPLIN) befindet sich rund 1,5 Kilometer unter der Erdoberfläche im Sanford Underground Research Facility im US-Bundesstaat South Dakota. Dort steht ein Tank mit mehr als sieben Tonnen flüssigem Xenon. Wenn ein Teilchen mit einem Xenon-Atom wechselwirkt, kann dabei ein charakteristischer Lichtblitz sowie ein Strom von Elektronen entstehen. Aus diesen Signalen lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf die Eigenschaften und den Ort des Teilchens ziehen.

Für die aktuelle Auswertung untersuchten die Forschenden Daten aus 220 Betriebstagen. Zunächst konzentrierten sie sich auf das erwartete Verhalten sogenannter WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), die seit Jahrzehnten zu den wichtigsten Kandidaten für Dunkle Materie zählen. Die Suche blieb aber ohne Ergebnis. Anschließend erweiterten die Wissenschaftler ihre Analyse auf komplexere theoretische Modelle.


Dabei blieb genau ein Ereignis übrig: Am 16. Juni 2023 registrierte der Detektor einen Treffer, bei dem ein Teilchen offenbar mit dem Atomkern eines Xenon-Atoms kollidierte. Das dabei erzeugte Signal passt nicht eindeutig zu bekannten Teilchenreaktionen. Die statistische Aussagekraft ist jedoch noch zu gering, um von einer Entdeckung zu sprechen. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine zufällige Abweichung handelt, liegt bei etwa eins zu 400. In der Teilchenphysik gilt erst eine statistische Signifikanz von fünf Sigma als belastbarer Nachweis einer Entdeckung, der aktuelle Wert liegt bei etwa drei Sigma.

Es gibt schon mehr Daten

Dunkle Materie ist bislang nur indirekt über ihre gravitative Wirkung nachgewiesen. Sie soll rund 85 Prozent der Materie im Universum ausmachen, sendet aber kein Licht aus und reflektiert oder absorbiert es auch nicht.

Das LZ-Team verfügt inzwischen über fast viermal so viele Daten wie für die aktuelle Analyse. Weitere Auswertungen könnten daher zeigen, ob sich das ungewöhnliche Ereignis wiederholt. Auch Experimente in Italien und China suchen mit flüssigem Xenon nach ähnlichen Signalen. Die Forschenden hoffen, dass der internationale Vergleich letztlich klären kann, ob hinter dem rätselhaften Treffer tatsächlich neue Physik steckt.


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