Axionen weiter unsichtbar

  • 01. June 2017

Messungen der CAST-Kollaboration am CERN liefern keinen Hinweis auf die Existenz von solaren Axionen.

Axionen sind Teilchen, deren hypothetische Existenz 1977 Roberto Peccei und Helen Quinn vorgeschlagen haben. Neuerdings sind die Teilchen in aller Munde, weil ihre Existenz einen Großteil der dunklen Materie erklären könnte. Um eine sichere Aussage darüber zu machen, messen Forscher die Wechsel­wirkung von Axionen und Photonen. Ein internationales Team Wissenschaftlern des Projekts CERN Axion Solar Telescope (CAST) am europäischen Forschungs­zentrum CERN in Genf, darunter Horst Fischer vom Physikalischen Institut der Universität Freiburg, hat nun die bislang engsten Grenzen bezüglich der Wahrscheinlichkeit aufgestellt, dass sich Axionen in Photonen umwandeln.

Abb.: In der blauen Röhre des CERN Axion Solar Telescope (CAST) befindet sich ein Magnet, mit dem die Wissenschaftler Axionen von der Sonne abfangen wollen. (Bild: CERN)

Abb.: In der blauen Röhre des CERN Axion Solar Telescope (CAST) befindet sich ein Magnet, mit dem die Wissenschaftler Axionen von der Sonne abfangen wollen. (Bild: CERN)

Seit 2003 richtet die Projektgruppe morgens und abends für jeweils neunzig Minuten ihr Teleskop auf die Sonne, um damit nach Axionen zu suchen. Das Teleskop ist mit einem Magneten ausgestattet, den Mitarbeiter des CERN ursprünglich für den Large Hadron Collider gebaut haben. Theoretischen Überlegungen zufolge ist die Sonne einer der Orte, an der sich Axionen bilden. Werden diese von dem Teleskop eingefangen, soll das Magnetfeld sie in Photonen umwandeln. Diese könnten die Forscher mit hoch­empfindlichen und extrem rausch­armen Sensoren messen.

Erst wenn sich feststellen lässt, dass sich Axionen in Photonen umwandeln, können Forscher den Anteil der Teilchen an der dunklen Materie bestimmen. In der nun veröffentlichten Arbeit, die auf Daten aus den Jahren 2012 bis 2015 basiert, findet das Team keinen Hinweis auf solare Axionen. Auf dieser Grundlage hat es die bisher engsten Grenzen bezüglich der Stärke der Wechsel­wirkung zwischen Axionen und Photonen aufgestellt.

Das Ergebnis hat auch unmittelbare Konsequenzen für das tiefere Verständnis verschiedener astro­physikalischer Anomalien wie zum Beispiel der Ausbreitung von kurz­welliger Gamma­strahlung im Universum oder der effizienten Wärmeabfuhr in Sternen. Derzeit wird das Experiment umgebaut, um zukünftig Über­reste von Axionen aus den Zeiten des Urknalls sowie Teilchen der dunklen Energie nachzuweisen.

U. Freiburg/ DE

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