Keine dunkle Materie in Sicht

  • 19. July 2012

XENON100 setzt neue beste Ausschlussgrenzen für WIMPs.

Die Wissenschaftler der XENON-Kollaboration haben ein neues Ergebnis ihrer Suche nach dunkler Materie vorgestellt. Die Analyse der Daten von 13 Monaten Laufzeit des Detektors ergab keinen Beweis für die Existenz von WIMPs, Weakly Interacting Massive Particles, den vielversprechendsten Kandidaten. Es wurden zwei Ereignisse beobachtet, die statistisch mit dem einen Ereignis konsistent sind, das aufgrund der Untergrundstrahlung zu erwarten ist. Verglichen mit den Ergebnissen von 2011 konnten die Forscher die Empfindlichkeit um einen Faktor 3,5 steigern. Das schränkt Modelle für „neue Physik“ mit WIMP-Kandidaten stärker ein und hilft dabei, künftig gezielter nach ihnen zu suchen (Phys. Rev. Lett., in Vorb.).

Der XENON100-Detektor ohne die zusätzliche Abschirmung; oben und unten sind die Lichtsensoren zu sehen

Abb.: Der XENON100-Detektor ohne die zusätzliche Abschirmung; oben und unten sind die Lichtsensoren zu sehen (Bild: XENON-Koll., F. Arneodo)

Die neueste Messreihe umfasst die Daten von insgesamt 225 Tagen in den Jahren 2011 und 2012 mit niedrigerem Untergrund und verbesserter Empfindlichkeit im Vergleich zu 2010. Die neuen Daten verbessern die Grenze auf 2,0 × 10-45 cm2 für elastische Streuung einer WIMP-Masse von 50 GeV und dringen bereits signifikant in die erwartete WIMP-Parameterregion ein. Weitere Messungen mit XENON100 und mit dem Nachfolgeexperiment XENON1T, das bereits in Bau ist, sollten entweder Beweise für WIMPs finden oder es kommen nur andere Formen von dunkler Materie in Betracht.

Das XENON100-Experiment nutzt als Target 62 Kilogramm flüssiges, ultrareines Xenon und misst die winzigen Ladungs- und Lichtsignale, die bei den seltenen Kollisionen von WIMPs mit Xenon-Atomkernen erwartet werden. Untergebracht ist das Experiment im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor (LNGS), wo 1400 Meter Fels die störende kosmische Strahlung abschirmen. Um falsche Signale aufgrund der restlichen Radioaktivität in der Umgebung des Detektors auszuschließen, werten die Forscher nur Ereignisse in den inneren 34 Kilogramm des flüssigen Xenons als mögliche Signale gewertet. Zusätzlich ist der Detektor durch Schichten von Kupfer, Polyethylen, Blei und Wasser abgeschirmt, was den Untergrund weiter reduziert.

An der internationalen Kollaboration sind Wissenschaftler aus 15 Institutionen beteiligt, darunter die Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, die Westfälische Wilhelms-Universität Münster, die Universität Zürich und das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.

MPI-K / OD

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