Bislang wurde das Bestehen der dunklen Materie nur durch indirekte astrophysikalische Beobachtungen bestätigt – anhand der Rotationskurven von Galaxien, der Gravitationslinsen und den Parametern der kosmischen Hintergrundstrahlung. Allerdings hat das Experiment LZ, das im Sanford Underground Research Facility im Süden Dakotas (USA) aufgestellt wurde, ein einzelnes Ereignis erfasst, das in kein bekanntes wissenschaftliches Modell passt. Dies berichtet RBC-Ukraine unter Verweis auf eine im Rahmen des Sanford Underground Research Facility veröffentlichte Studie.

Aufbau des LZ-Detektors

Um ein einzigartiges Teilchen zu fangen, haben die Wissenschaftler den Detektor in einer Tiefe von fast 1,6 km unter der Erde errichtet. Die Mächtigkeit des Gesteins schirmt das Gerät vor der kosmischen Strahlung ab, und ein Wasserreservoir blockiert Neutronen, die falsche Signale erzeugen könnten. Im Inneren des Detektors befinden sich mehr als sieben Tonnen hochreinen flüssigen Xenons. Das Funktionsprinzip basiert auf der Registrierung schwach wechselwirkender massereicher Teilchen – WIMP: Wenn ein hypothetisches Teilchen der dunklen Materie mit dem Kern eines Xenonatoms kollidiert, entsteht ein kurzer Lichtblitz und ein Elektronenstrom, die vom Detektor erfasst werden.

„Die Nadel im Heuhaufen“: So wurde das Signal gesucht

Die Suche nach einem einzelnen Ereignis vor dem Hintergrund zufälliger Prozesse vergleichen die Wissenschaftler mit der Suche nach „einer Nadel im Heuhaufen“. Das Team hat die Daten aus 220 Tagen Betriebszeit des Detektors analysiert. In der ersten Phase lieferten einfache klassische Modelle keine Ergebnisse, doch nach Erweiterung der Kriterien auf komplexere theoretische Szenarien entdeckten die Forscher ein einzigartiges Ereignis, das am 16. Juni 2023 erfasst wurde.

Was die Physiker erfasst haben

Das erfasste Ereignis weist eine Signifikanz von etwa drei Sigma auf, was einer Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Zufallstreffer von etwa eins zu vierhundert entspricht. Für die offizielle Bekanntgabe einer wissenschaftlichen Entdeckung in der Teilchenphysik ist ein strengerer Standard erforderlich – fünf Sigma. Die Ergebnisse der Studie wurden bereits auf einer astrophysikalischen Konferenz in Japan vorgestellt, wo das Team die Eigenschaften des anomalen Ereignisses und die Methode zu seiner Trennung vom Hintergrund beschrieb.

Widersprüchliche Daten

Hier ist es wichtig, die Diskrepanz zwischen der medialen Darstellung und der Position der Physiker selbst ehrlich widerzuspiegeln. Einerseits charakterisieren einige Medien das Ereignis als „Durchbruch“ und mögliche „Selbstentlarvung“ der dunklen Materie. Andererseits betont der Sprecher der LZ-Kollaboration, Richard Gateskill, dass das Team bewusst von direkten Aussagen über die Entdeckung der dunklen Materie absieht: Der Wert von drei Sigma liegt unter der Entdeckungsschwelle, und es besteht die Möglichkeit, dass eine Wechselwirkung gewöhnlicher Materie erfasst wurde, deren Mechanismus die Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen. Ein allgemeines Einverständnis über die Natur des Ereignisses liegt derzeit somit nicht vor.

Was als Nächstes kommt: Bestätigung und parallele Experimente

Derzeit analysieren die Physiker einen viermal größeren Datensatz als den bis Juni 2023 gesammelten, was es ermöglichen wird, das ursprüngliche Signal entweder zu verstärken oder zu widerlegen. Auch eine Bestätigung oder Widerlegung der Ergebnisse in ähnlichen Experimenten mit flüssigem Xenon, die in Italien und China durchgeführt werden, wird erwartet. Die Gesamtheit der Daten aus mehreren unabhängigen Detektoren wird zum entscheidenden Kriterium für den Übergang von einer einzelnen Anomalie zu einem anerkannten wissenschaftlichen Ergebnis.