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Fortschritt bei der Suche nach Dunkler Materie

Neue Ergebnisse schränken Suchfeld nach Antworten ein

Warum fliegen Galaxien nicht auseinander, obwohl sie relativ schnell rotieren? Die Antwort darauf sehen Forschende in Dunkler Materie, die den Galaxien zusätzlich Masse verleiht. Neben solchen indirekten Hinweisen auf ihre Existenz fehlt aber bisher der direkte Beweis für Dunkle Materie. Daher ist noch völlig unbekannt, wie sie beschaffen ist.

Eine von mehreren Hypothesen besagt, dass sie aus sogenannten Axionen bestehen könnte - hypothetischen Elementarteilchen. Am Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI) und an der Neutronenquelle ILL in Grenoble haben Wissenschafter eifrig Daten gesammelt, um die Existenz von Axionen nachzuweisen. Mit einer um den Faktor 1000 verbesserten Genauigkeit gegenüber früheren Messungen kommen sie nun zum Schluss, dass Axionen nicht existieren, wie das PSI am Mittwoch mitteilte. Zumindest in diesem Messbereich.

An der "Quelle ultrakalter Neutronen" UCN des PSI untersuchen Forschende aus sieben Ländern bestimmte Eigenschaften von Neutronen. In den dabei gesammelten Daten suchten sie unter anderem nach Hinweisen auf eine Wechselwirkung zwischen Neutronen und Axionen. Bei der Begegnung mit einem Axion würde sich - stark vereinfacht - die Verteilung der elektrischen Ladung im Inneren des Neutrons ändern, schrieb das PSI.

Das würde sich in regelmäßigen Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften des Neutrons zeigen. Dieser indirekte Beweis auf die Existenz von Axionen blieb jedoch aus: von regelmäßigen Schwankungen keine Spur. Ebenso in bereits zuvor gesammelten Daten der Neutronenquelle ILL in Grenoble. Davon berichten die Wissenschafter im Fachjournal "Physical Review X".

Dadurch sei die Existenz von Axionen zwar immer noch nicht gänzlich ausgeschlossen, die Ergebnisse schränken aber die Bandbreite an Eigenschaften, die diese hypothetischen Teilchen haben könnten, deutlich ein. Der "Misserfolg" bei der Suche nach diesen Teilchen ist damit ein Fortschritt für die Erforschung Dunkler Materie.

"Damit widerlegen die Ergebnisse diejenigen physikalischen Modelle, die Axionen mit diesen Eigenschaften postulieren und helfen so, die Vielfalt an Teilchen einzuschränken, die mögliche Kandidaten für die Dunkle Materie sind", sagte Studienautor Klaus Kirch vom PSI gemäß der Mitteilung.

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