9stunden

Wie bereits im letzten Teil von ,,FORSCHUNG: Dunkle Materie“ erläutert wird, sagt die Kosmologie eine große Menge der sogenannten Dunklen Materie voraus. Auch astrophysikalische Messungen deuten auf große Mengen einer solchen dunklen Komponente unseres Universums hin, auf Skalen von Galaxienhaufen bis zu unserer Milchstraße.

Allerdings entzieht sich die Dunkle Materie bislang jeder direkten Beobachtung.

Mit dem CRESST Experiment wird versucht, Teilchen der Dunklen Materie im Labormaßstab nachzuweisen.

Was ist das CRESST Experiment?

CRESST (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) ist ein Experiment zur direkten Suche nach Dunkler Materie. Das CRESST Experiment  befindet sich im LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) und wird zur Abschirmung der kosmischen Strahlung in einem Untergrundlabor in einer Tiefe von 1400 m unterhalb des Gran Sasso-Massivs in Italien betrieben.

Wie funktioniert es?

Woraus Dunkle Materie besteht, ist bisher nicht geklärt. Eine Reihe von Beobachtungen hat aber zu der Erkenntnis geführt, dass sie wohl aus unbekannten Elementarteilchen (WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles) besteht. Wie der Name bereits verrät, können diese Teilchen nur sehr schwer mit der ,,normalen“ baryonischen Materie, welche aus Atomen aufgebaut ist, in Wechselwirkung treten.

Mit dem Experiment will man jedoch genau das erreichen, denn das Nachweisprinzip von CRESST basiert auf der Messung einer Temperaturerhöhung des Detektors, die eintritt, wenn ein WIMP darin mit einem Atomkern zusammenstößt. Wegen der Reaktionsträgheit von WMPIs, erwartet man pro Jahr nur wenige beobachtbare Ereignisse. Um diese zuverlässig zu entdecken, wurde eine spezielle Methode entwickelt: Die Detektoren bestehen nämlich aus ultrareinen, szintillierenden Kalziumwolframat-Kristallen (CaWO4), deren Betriebstemperatur (ca.10mK) nahe am absoluten Nullpunkt (0K) liegt. Wenn ein WIMP auf einen Atomkern stößt, steigt die Temperatur im Kristall um etwa ein Millionstel Grad an.

Diesen hauchdünnen Unterschied messen hochempfindliche Thermometer im Detektor. Zusätzlich erzeugen die Teilchen-Teilchen-Interaktionen Lichtblitze im Kristall. Die Lichtteilchen (Photonen) werden von einem Sensor aus Saphir und Silizium gemessen.  Die Menge an Szintillationslicht hängt dabei von der Art des Teilchens ab. So erzeugen Elektronen für denselben Energieeintrag etwa 10 mal so viel Szintillationslicht wie Neutronen. Mithilfe dieses Verhaltens lassen sich von Dunkler Materie verursachte Signale zuverlässig von Untergrundereignissen, wie der natürlichen Radioaktivität oder kosmischen Strahlung unterscheiden.

Die Dunkle Materie ist ein sehr relevantes, jedoch auch mysteriöses Themengebiet der Kosmologie. Mehr interessante Fakten und Erkenntnisse im Bereich der Dunklen Materie oder der Astronomie und Astrophysik können Sie monatlich in ,,9Stunden“ lesen. Bleiben Sie dran.

Michaela Kirova, 10. Klasse