Dunkle Materie in Rohren: Wie ‚Staubkörner‘ des Large Hadron Collider der Schlüssel zum Verständnis des Universums sein könnten

Die Suche nach dunkler Materie gleicht der Suche nach verlorenen Schlüsseln nachts unter einer Straßenlaterne: dort, wo es hell ist, und nicht dort, wo sie wirklich gefallen sind. Wissenschaftler untersuchen seit langem die Daten des Large Hadron Collider (LHC) in der Hoffnung, Spuren dieses ungreifbaren Stoffes zu finden. Eine neue Hypothese schlägt jedoch einen anderen Blickwinkel vor – durch die Brille rätselhafter Störungen im Betrieb des Beschleunigers selbst.

Rätselhafte ‚UFOs‘ in der Vakuumröhre

Im Betrieb des LHC werden regelmäßig Anomalien registriert, die Physiker als UFO bezeichnen. Dies hat nichts mit fliegenden Untertassen zu tun. Die Abkürzung steht für Unidentified Falling Objects – nicht identifizierte fallende Objekte. Es handelt sich um mikroskopische Staubkörner, die plötzlich in der Vakuumröhre des Colliders erscheinen.

Diese Partikel verhalten sich äußerst seltsam: Sie scheinen aus den Wänden des Beschleunigers herausgeschüttelt zu werden, obwohl dafür eine erhebliche Energie erforderlich ist, die nicht einfach so entstehen kann. Wenn solche Staubkörner in den Protonenstrahl geraten, führt dies zu dessen Zerstörung, was von Sensoren sofort erfasst wird. Alle diese Informationen werden in den Archiven des CERN gespeichert und könnten nun Gegenstand neuer Untersuchungen werden.

Hypothese von Physikern aus British Columbia

Zwei Wissenschaftler – die Physiker Xunyu Liang und Ariel Zhitnitsky von der University of British Columbia – haben diese Anomalie aufgegriffen. Sie stellten die Hypothese auf, dass ein Teil der rätselhaften Störungen indirekt mit dunkler Materie zusammenhängen könnte.

Zuerst erwogen die Forscher die Möglichkeit, dass die Staubkörner Klumpen aus axionischer Quark-Materie (AQN) sind – einer hypothetischen Substanz, die unmittelbar nach dem Urknall entstand. Allerdings entsprachen die Größen der beobachteten Partikel (einige Mikrometer) nicht den theoretischen Massenschätzungen für AQN, die zwischen 100 Gramm und 1 Kilogramm liegen sollten.

Unterirdische Schallwelle

Daraufhin überarbeiteten die Wissenschaftler ihr Modell. Sie berechneten, dass kilogrammschwere AQN-Klumpen, die die Erde in einem Abstand von nicht mehr als 100 km vom Ring des Colliders durchqueren, eine mächtige unterirdische Schallwelle erzeugen könnten. Die Energie dieser Welle müsste ausreichen, um die Ausrüstung buchstäblich ‚zu erschüttern‘ und Staub von den Wänden des Beschleunigers abzustreifen.

Hauptmerkmal eines solchen Ereignisses wäre nicht ein einzelner Strahlverlust, sondern eine Serie von drei oder mehr Ausfällen an verschiedenen Abschnitten des 27 Kilometer langen Rings. Die Schockwelle, die sich im Gestein mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 km/s ausbreitet, müsste die Ausrüstung nacheinander beeinflussen. Die verbundenen Signale sollten in Intervallen von 6 Millisekunden bis 2 Sekunden auftreten.

Wie kann die Theorie bestätigt werden?

Zur Überprüfung der Hypothese reicht die bestehende Infrastruktur aus. Etwa 4000 Strahlverlustmonitore, die entlang des Colliders installiert sind, können solche Signale registrieren. Die Ergebnisse können zusätzlich mit Daten des seismischen Netzwerks des CERN, verteilten akustischen Sensoren und Infraschallstationen abgeglichen werden.

Die Autoren der Studie schätzen, dass AQN zwischen 1 und 10 % der beobachteten UFO verursachen könnten. Innerhalb von 360 Betriebsstunden würde eine Serie von drei verbundenen Ereignissen ein Signal erzeugen, das den Rauschpegel im gesamten betrachteten Massenbereich um das Fünffache übersteigt.

Gegenwärtig handelt es sich dabei lediglich um eine theoretische Vorhersage. Ihre Bestätigung würde eine erneute Analyse der Archivdaten und die Entdeckung einer raumzeitlichen Korrelation erfordern, die sich nicht durch gewöhnlichen Staub oder mechanische Störungen erklären lässt. Die Studie enthält diese Analyse nicht, empfiehlt aber interessierten wissenschaftlichen Gruppen, sich dieser Aufgabe zu widmen.