Der größte Teil des Universums fehlt. Durch die Beobachtung, wie sich Galaxien drehen, haben Astronomen berechnet, dass es im Kosmos fünfmal so viel unsichtbare „dunkle Materie“ geben muss wie gewöhnliche Materie.
Seit drei Jahrzehnten wird versucht, Teilchen der Dunklen Materie zu finden, jedoch ohne Erfolg. Jetzt glaubt eine Gruppe von Astrophysikern aus Europa und den USA, dass die Antwort auf die Entdeckung des schwer fassbaren Materials in der tiefen Vergangenheit unter unseren Füßen liegen könnte.
Bisher konzentrierten sich die meisten Versuche, Dunkle Materie direkt nachzuweisen, auf hypothetische Teilchen, die als WIMPs („schwach interagierende massive Teilchen“) bekannt sind. Es wurden Detektoren gebaut, um nach der Energie zu suchen, die freigesetzt wird, wenn diese Teilchen auf die Kerne anderer Atome treffen, aber da bisher keine Kollisionen festgestellt wurden, könnte es sein, dass WIMPs nicht existieren. Oder brauchen wir einfach einen empfindlicheren Detektor?
Die neue Idee ist, nach den Spuren von WIMPs in alten Felsen zu suchen und dunkle Materie über geologische Zeitskalen zu entdecken. Die Kollision von WIMPs mit den Atomkernen in bestimmten Gesteinsmineralen könnte theoretisch winzige Veränderungen an der Kristallstruktur der Mineralien bewirken.
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„Die Wechselwirkung mit dunkler Materie würde den [Atom-]Kern dazu bringen, sich einige zehn bis hundert Nanometer durch den Kristall zu bewegen und eine Schadensspur zu hinterlassen“, sagt Sebastian Baum von der Universität Stockholm, der an der Forschung beteiligt ist.
Das untersuchte Gestein könnte bis zu einer Milliarde Jahre alt sein, wobei WIMPs möglicherweise die ganze Zeit über Spuren hinterlassen. Die Forscher glauben, dass ihre Methode eine etwa 100-mal höhere Empfindlichkeit als die besten existierenden Detektoren erreichen könnte.
„Wir planen, Gestein aus einer Tiefe von 10 Kilometern unter der Erdoberfläche durch bereits vorhandene ultratiefe Bohrlöcher auszugraben“, sagt Dr. Katherine Freese von der University of Michigan, die ebenfalls an der Studie teilnimmt.
„Der Punkt, tief in den Untergrund zu gehen, ist, dass die dunkle Materie so weit nach unten vordringen kann, während andere Partikel, insbesondere kosmische Strahlung, näher an der Oberfläche hängen bleiben.“ Das hilft also dabei, die Menge an Titeln aus anderen potenziellen Quellen zu reduzieren.
Nach Erhalt der Proben soll mit bildgebenden Verfahren wie der Helium-Ionenstrahl-Mikroskopie nach den Spuren gesucht werden, die 1.000-mal kürzer sein können als die Breite eines menschlichen Haares.
Wenn mit der Finanzierung alles gut geht, hoffen die Forscher, ihre ersten Ergebnisse bis 2025 zu haben. Wenn sie WIMPs nicht entdecken, wird es für Theoretiker der Dunklen Materie – wieder – zum Reißbrett zurückkehren. Aber wenn sie es tun, wird es eines der größten Rätsel der Wissenschaft lösen.