Auch Röntgenstrahlung geht nicht durch Wände

  • 22. December 2010

"Licht-durch-Wand" Experimente suchen nun auch im Röntgenbereich nach Kanditaten für Dunkle Materie.

Nicht die ganze bekannte Materie ist einfach "greifbar". Bestes Beispiel hierfür sind die vielen Milliarden Neutrinos, die jeden Quadratzentimeter der Erde pro Sekunde durchströmen. Daneben lässt aber auch die ungeklärte Natur der Dunklen Materie vermuten, dass es noch mehr an ähnlich gering wechselwirkenden Teilchen gibt, die wir aufgrund ihrer schwachen Kopplung an die bekannte Materie jedoch noch nicht nachweisen konnten. Eine Gruppe französischer Forscher hat nun ihre Ergebnisse zur Suche nach solchen Teilchen veröffentlicht. In ihrem Experiment hatten sie versucht, mit Röntgenstrahlung durch eine Wand zu leuchten und damit die sogenannten "Licht-durch-Wand" Experimente erweitert.

Licht-durch-Wand Experimente suchen nach ganz bestimmten neuen Teilchen, die Kandidaten für Dunkle Materie sein können. Funktionieren kann das aber nur, wenn diese Teilchen elektromagnetisch gekoppelt sind. Das heißt, diese Teilchen bleiben nicht unbeeinflusst von einem elektromagnetischen Feld, sondern können sogar aus ihm heraus erzeugt werden. In Licht-durch-Wand Experimenten gibt es deshalb zwei, durch eine lichtundurchlässige Wand abgeschirmte Kammern, in denen jeweils noch ein starkes magnetisches Feld anliegt. In einer dieser Kammern wird nun ein Laser angeschaltet, in der anderen Kammer wird gemessen, ob, wider Erwarten, etwas von dem Licht ankommt. Wenn nämlich ein Teil des Lichts die an sich undurchlässige Abschirmung durchscheint, könnte das den folgenden Hintergrund haben: In dem magnetischen Feld werden Photonen in das neue Teilchen umgewandelt. Da das neue Teilchen nun aber, ähnlich dem Neutrino, nur sehr schwach koppelt, kann es problemlos die Wand passieren, die für das Licht selbst undurchlässig ist. Hinter der Wand kann im zweiten Feld das Photon wieder hergestellt werden. Somit scheint das Licht scheinbar durch die Wand. Ganz ähnlich funktionieren sogenannte Helioskope mit nur einer Kammer welche in Richtung der Sonne ausgerichtet wird. In dieser Kammer sollen die neuen Teilchen, die im Magnetfeld um die Sonne entstehen könnten, in Licht umwandelt werden.

Wie aber kommt man darauf, dass es überhaupt solche Teilchen gibt? Ursprünglich war die Idee, in solchen Experimenten das sogenannte Axion zu finden. Der Nachweis der Existenz dieses Teilchens sollte erklären, warum sich zwei völlig unabhängige Größen in der Theorie der Starken Wechselwirkung zu Null aufaddieren. Mit der Existenz des Axions müsste diese Nullsumme nicht mehr als ‚zufällig‘ verstanden werden. Heutige Licht-durch-Wand Experimente und Helioskope versuchen zunächst, dem Axion ähnliche Teilchen zu finden und ultimativ auch das Axion selbst.

Das sensitivste Licht-durch-Wand-Experiment, das Any Light Particle Search Experiment (ALPS), hat in diesem Jahr seine Ergebnisse veröffentlicht und die möglichen Eigenschaften eines solchen Teilchens bereits stark eingeschränkt. Damit nämlich die Teilchen im Licht-durch-Wand Experiment unentdeckt bleiben können, muss zum einen ihre Kopplung an das elektromagnetische Feld so klein sein, dass ihre Erzeugung im Experiment genügend unwahrscheinlich wird. Zum anderen muss ihr Gewicht sehr klein sein, denn die Energie des benutzten Lichts muss ausreichen, um sie überhaupt zu erzeugen. Um auch nach schwereren Teilchen zu suchen hat eine französische Gruppe von Forschern nun mit Hilfe von Synchrotronstrahlung aus dem Licht-durch-Wand Experiment ein Röntgen-durch-Wand Experiment werden lassen. Die Photonen aus der Synchrotronquelle sollten dabei im Feld von supraleitenden Magneten umgewandelt werden.

Zwar schaffte es die Röntgenstrahlung nicht durch die Wand, aber genau dieser scheinbare Misserfolg ist für die Forschung ebenso wichtig. Durch jede solche Messung, und viele andere konzeptionell ähnliche Experimente wird der Bereich in dem sich neue Axion-artige Teilchen versteckt halten können, kleiner. Auch dem Axion selbst hofft man so eines Tages auf die Schliche zu kommen und dadurch den "Zufall" der Nullsumme in der starken Wechselwirkung durch eine bessere Erklärung ersetzen zu können.

Babette Döbrich

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 MH / AL

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