Neue Theorie zur Entstehung dunkler Materie
Instabile Teilchen als Alternative zum WIMP-Paradigma.
Das Universum besteht nur zu einem kleinen Teil aus sichtbarer Materie. Der weit größere Teil ist unsichtbar und setzt sich aus dunkler Materie und dunkler Energie zusammen. Während über die dunkle Energie extrem wenig bekannt ist, gibt es zur Existenz der dunklen Materie viele Theorien und Experimente, die nach den noch unbekannten Teilchen suchen. Wissenschaftler der Uni Mainz haben nun einen neuen Vorschlag unterbreitet, wie die Bildung dunkler Materie im frühen Universum abgelaufen sein könnte. Das neue Modell stellt eine Alternative zum WIMP-
Abb.: Die Eigenschaften der Higgs-Teilchen in dem neuen Modell der dunklen Materie unterscheiden sich von denen im Standardmodell der Teilchenphysik. Die Abbildung zeigt die Energie der Higgs-
Dunkle Materie durchdringt das gesamte Universum, formt Galaxien und die größten bekannten Strukturen im Kosmos. Sie macht ungefähr 23 Prozent unseres Universums aus, während die für uns sichtbaren Teilchen, aus denen Sterne, Planeten und auch das Leben auf der Erde besteht, nur etwa vier Prozent beitragen. Derzeit wird angenommen, dass es sich bei der dunklen Materie um ein kosmologisches Relikt handelt, das seit seiner Entstehung im Wesentlichen stabil geblieben ist. „Wir haben diese Annahme auf den Prüfstand gestellt und zeigen, dass dunkle Materie zu Beginn des Universums instabil gewesen sein könnte“, erklärt Michael Baker von der Uni Mainz. Diese Instabilität stellt wiederum einen neuen Mechanismus dar, der die beobachtete Menge dunkler Materie im Kosmos erklärt.
Die Stabilität dunkler Materie wird normalerweise mit einem Symmetrieprinzip erklärt. Baker und sein Kollege Joachim Kopp zeigen dagegen, dass das Universum auch durch eine Phase gegangen sein könnte, in der die Symmetrie gebrochen war. Das würde einen Zerfall des hypothetischen Teilchens der dunklen Materie möglich machen. Während des elektroschwachen Phasenübergangs wurde die Symmetrie wieder hergestellt, die dunkle Materie damit stabilisiert und ihr Vorkommen im All bis zum heutigen Tag fixiert.
Baker und Kopp führen damit ein neues Prinzip in die Diskussion um die Natur der dunklen Materie ein, das eine Alternative zu der verbreiteten WIMP-
Der jetzt vorgestellte Mechanismus könnte auch, so die beiden Forscher, in Verbindung zu dem offensichtlichen Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Kosmos gebracht werden, wie auch zu Signalen, die bei den anstehenden Experimenten zu Gravitationswellen aufkommen. Baker und Kopp liefern auch Hinweise, wie das neue Prinzip am Teilchenbeschleuniger LHC und anderen Einrichtungen nachgewiesen werden könnte.
JGU / RK
