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Prof. Wim de Boer - Suche nach Dunkler Materie

Prof. Wim de Boer - Suche nach Dunkler Materie
Autor:

Prof. Wim de Boer

Quelle:

KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik

Teilchenphysik

Suche nach Dunkler Materie

Woraus besteht Dunkle Materie? Vor allem diese Frage beschäftigt den Physiker, der am KIT Kosmologie und Teilchenphysik lehrt. Als Arbeitsgruppenleiter hat er hochpräzise Detektoren entwickelt, die auf der Raumstation ISS und am LHC Teilchenbeschleuniger des Forschungszentrums CERN im Einsatz sind.

Die Suche nach Dunkler Materie

Portrait Prof. Wim deBoer
Prof. Wim de Boer, IEKP

„Es muss mehr Masse geben, als die sichtbare“, sagt de Boer. Die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien, wie unsere Milchstraße, lässt sich nur mit Dunkler Materie erklären. Ohne diese Materie, die nicht zu sehen ist und nur eine sehr schwache Wechselwirkung mit anderen Teilchen hat, „würden die Sterne aus der Kurve fliegen“, so der Physiker, denn die Kraft der Gravitation ist größer, als durch das Vorhandensein der bekannten Materie erklärbar ist. Kosmologen haben aus der Bestimmung der Gravitationskräfte gezeigt, dass mehr als 80 Prozent des Universums aus Dunkler Materie besteht. Bislang konnte man jedoch nicht nachweisen, ob die Dunkle Materie aus einzelnen Teilchen besteht.

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, das die kleinsten Bausteine der Materie und ihre Wechselwirkungen beschreibt, kann Dunkle Materie nicht erklären. Eine Erweiterung des Standardmodells um eine weitere Symmetrie, die sogenannte Supersymmetrie (SUSY), bietet einen guten Kandidaten für die Dunkle Materie. Die Supersymmetrie sagt voraus, dass es zu jedem bekannten Materieteilchen ein Partnerteilchen gibt. Diese Partner- oder SUSY-Teilchen konnten bisher in den Beschleunigeranlagen nicht erzeugt werden. „Wir haben die große Hoffnung, am LHC Hinweise auf supersymmetrische Teilchen zu finden“, sagt de Boer. Dies könnte viele ungeklärte Probleme der Teilchenphysik lösen, unter anderem das Rätsel der Dunklen Materie. „Wir nehmen an, dass Dunkle Materie am Anfang des Universums entstanden ist. Mit ihrem Nachweis hätten wir ein komplettes Bild des Universums von der Zeit kurz nach dem Urknall bis heute“, sagt de Boer.

Während der Detektor mit dem weltweit größten supraleitenden Magneten, CMS, bei Genf 90 Meter unter der Erde eingesetzt ist, liefert das Alpha Magnetic Spectrometer AMS-02 seit Mai 2011 rund 300 Kilometer über der Erde Daten. Das 7.000 Kilo schwere Instrument misst die Zusammensetzung der kosmischen Höhenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision. Ein Überschuß an Antimaterie, die nur oberhalb der Atmosphäre nachweisbar ist, könnte ein Hinweis auf die Natur der Dunklen Materie liefern. „Die AMS-02-Elektronik ist am KIT speziell für die Raumfahrt entwickelt worden“, sagt de Boer. Das hochempfindliche Teilchen-Spektrometer ist so gebaut, dass es einen sehr niedrigen Stromverbrauch hat und nicht durch kosmische Strahlung beeinträchtigt wird. Seine Außenhaut hält Temperaturschwankungen zwischen -30 und +60 Grad Celsius aus, denn während seiner 90-minütigen Erdumrundung ist es jeweils 45 Minuten der Sonne zu- beziehungsweise abgewandt. Konzipiert wurde AMS-02 von Forschungsinstituten aus 16 Ländern in enger Kooperation mit der NASA. Mindestens bis 2020 soll es seine Messdaten zur Erde schicken. „Wir haben am KIT den Vorteil einer hervorragenden Infrastruktur“, sagt der Experte, „hier kommen Astrophysik und Teilchenphysik zusammen, dadurch zeichnet sich das KIT aus“.

 

afr

 

Die Pressestelle stellt gerne den Kontakt zwischen Journalisten und Prof. Wim deBoer her.

 

Fotonachweis:
Foto Spaceshuttle: NASA
Foto Prof. Wim de Boer: Privat