Weltweit führender Dunkle-Materie-Detektor spürt unerklärliches Signal auf

Der empfindlichste Dunkle-Materie-Detektor der Welt hat eine einzelne, unerklärliche Teilchenwechselwirkung aufgezeichnet. Laut Forschenden handelt es sich um das vielversprechendste potenzielle Signal für Dunkle Materie, das das Experiment je verzeichnet hat. Das Ergebnis, das auf der Konferenz „TeV Particle Astrophysics“ im japanischen Tendo vorgestellt wurde, reicht bei Weitem nicht an das heran, was Physiker für den Nachweis einer Entdeckung verlangen. Es hat jedoch unter den 250 Wissenschaftlern der LUX-ZEPLIN-Kollaboration vorsichtige Begeisterung ausgelöst.

Ein unerwartetes Ereignis tief unter der Erde

Das LZ-Experiment befindet sich fast 1,6 Kilometer unter der Erde im Sanford Underground Research Facility in South Dakota. Es nutzt sieben Tonnen flüssiges Xenon, um nach schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen (WIMPs) zu suchen, einem der führenden Kandidaten für Dunkle Materie. Die Kollaboration identifizierte das anomale Ereignis in Daten, die zwischen März 2023 und April 2024 an 220 Betriebstagen gesammelt wurden. Die Suche war dabei auf hochenergetischere Signale ausgerichtet als in früheren Analysen.imperial

Das Ergebnis weist eine statistische Signifikanz von 2,6 Sigma auf: bemerkenswert, aber unter der Schwelle von 5 Sigma, die in der Teilchenphysik herkömmlich für eine Entdeckung gefordert wird. Sollte das Ereignis tatsächlich durch Dunkle Materie verursacht worden sein, würde dies auf eine schwerere Art von WIMP hindeuten, als viele Forschende ursprünglich erwartet hatten.imperial

„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 von LZ. „Bei nur einem Ereignis wollen wir nichts überstürzen. Wir behaupten nicht, Dunkle Materie nachgewiesen zu haben.“imperial

Vorsicht und die nächsten Schritte

Die Kollaboration hat bereits wesentlich mehr Daten gesammelt, als in dieser Analyse verwendet wurden. Die Forschenden werden diese zusätzlichen Beobachtungen nun untersuchen, um festzustellen, ob sich das Signal verstärkt, abschwächt oder auf einen bisher nicht identifizierten Hintergrundprozess zurückzuführen ist.imperial

Professor Henrique Araújo vom Imperial College London betonte: „Die Suche nach seltenen Ereignissen ist auch anfällig für seltene Hintergrundsignale, daher müssen wir mehr Daten analysieren, um sicher zu sein.“ Mit Blick auf die Zukunft könnte das geplante XLZD Rare Event Observatory, das etwa zehnmal so viel flüssiges Xenon wie LZ enthalten soll, Mitte der 2030er-Jahre den Betrieb aufnehmen und in der Lage sein, Hunderte solcher Wechselwirkungen nachzuweisen.imperial

Ein paralleler Fortschritt bei der Neutrinodetektion

In einer separaten Entwicklung, die am 31. August im italienischen Gran Sasso National Laboratory bekannt gegeben wurde, berichtete die XENON-Kollaboration über die erste Beobachtung von niederenergetischen solaren Neutrinos, die in ihrem XENONnT-detektor an Elektronen streuen. Dabei wurde eine Neutrino-Energieschwelle von etwa 17 keV erreicht, die niedrigste jemals gemessene. Das nachgewiesene Signal wird von Proton-Proton-Neutrinos dominiert, die bei den Fusionsreaktionen entstehen, die die Sonne antreiben. Das 5-Sigma-Ergebnis zeigt, dass Technologien zur Jagd auf Dunkle Materie nun neue Fenster in der Neutrinophysik öffnen. Beide Experimente bereiten den Weg für XLZD, das die Suche nach Dunkler Materie und die Untersuchung seltener Teilchenwechselwirkungen auf eine beispiellose Empfindlichkeit heben soll.azoquantum+2