Weltweit führender Detektor für Dunkle Materie misst unerklärliches Signal

Wissenschaftler des LUX-ZEPLIN-Experiments (LZ), dem empfindlichsten Detektor für Dunkle Materie weltweit, haben eine einzelne Teilchenwechselwirkung registriert, die sich mit der bekannten Physik nicht erklären lässt. Auch wenn dies noch weit von einer Entdeckung entfernt ist, stellt das Ergebnis den bisher vielversprechendsten Hinweis bei der jahrzehntelangen Suche nach Dunkler Materie dar.

Ein einzelnes Ereignis stellt Forscher vor Rätsel

Das anomale Ereignis mit der Bezeichnung LZ.230616 wurde am 1. September auf der Konferenz TeV Particle Astrophysics 2026 in Japan vorgestellt und erregte sofort die Aufmerksamkeit der Fachwelt. Die entsprechende Arbeit soll bei den Physical Review Letters eingereicht und auf arXiv veröffentlicht werden.independent+2

LZ wird in fast einer Meile Tiefe in der Sanford Underground Research Facility in South Dakota betrieben. Der Detektor nutzt 10 Tonnen ultrareines flüssiges Xenon, um nach den schwachen Lichtblitzen Ausschau zu halten, die eine Kollision zwischen gewöhnlicher Materie und einem WIMP signalisieren würden: einem schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen, das als einer der Hauptkandidaten für Dunkle Materie gilt.sciencedaily+1

„Wir sind sehr fasziniert von diesem Ereignis in den Daten, genau in dem Bereich, in dem wir Dunkle Materie erwarten und in dem die störenden Hintergrundsignale sehr gering sind“, sagte Rick Gaitskell, Professor an der Brown University und Sprecher des LZ-Projekts. „Bei nur einem einzigen Ereignis wollen wir den Tag nicht vor dem Abend loben. Wir behaupten nicht, Dunkle Materie nachgewiesen zu haben. Aber wir haben etwas Interessantes gesehen, das wir mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft teilen möchten, um deren Feedback einzuholen.“sci+1

Was die Daten zeigen

Die Forschungsgruppe analysierte Daten aus 220 Tagen Messbetrieb zwischen März 2023 und April 2024. Dabei wurde die Suche über die einfachsten WIMP-Wechselwirkungen hinaus auf solche ausgeweitet, die mehr Energie im Detektor deponieren könnten. Das einzelne, herausragende Ereignis trat in einem Bereich des Datensatzes auf, der zuvor nicht untersucht worden war.independent+1

Das Ergebnis liegt bei 2,6 Sigma, was einer Wahrscheinlichkeit von etwa 0,5 % entspricht, dass es sich um eine statistische Schwankung des bekannten Hintergrunds handelt. Damit bleibt es deutlich hinter der 5-Sigma-Schwelle zurück, die in der Teilchenphysik für eine Entdeckung gefordert wird. Sollte das Signal tatsächlich von Dunkler Materie stammen, müsste das verantwortliche WIMP eine Masse von mindestens 200 GeV/c² haben, mehr als das 200-Fache eines Protons, und würde auf eine Art von Wechselwirkung hindeuten, die über die einfachsten theoretischen Modelle hinausgeht.sciencedaily+2

„Wir können LZ.230616 mit den uns bekannten Hintergrundsignalen nicht erklären“, sagte Hugh Lippincott, Physikprofessor an der UC Santa Barbara, der die interne Überprüfung leitete.independent

Der Weg nach vorn

Aaron Manalaysay, Physiker am Lawrence Berkeley National Laboratory, das LZ leitet, nannte es „das erste Beispiel in allen Experimenten, an denen ich je gearbeitet habe, für einen Ausreißer, der in jeder Hinsicht valide erscheint“.sciencedaily

Die Forschungsgruppe hat bereits etwa doppelt so viele weitere Daten gesammelt, die derzeit kalibriert und analysiert werden. Diese Beobachtungen werden entweder die Argumente für Dunkle Materie untermauern oder LZ.230616 in die lange Reihe statistischer Schwankungen einreihen, die Physiker schon früher in die Irre geführt haben.independent+1