Grafik mit verschiedensten Darstellungen von Materie und entsprechenden Messmethoden. IAP/Beatrix von Puttkamer, KIT

Dunkle Materie - Prof. Kathrin Valerius

  • Auf der Suche nach Dunkler Materie arbeitet die Professorin für experimentelle Astroteilchenphysik am KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik (KCETA) an zunehmend leistungsstärkeren Detektoren und entwickelt in internationaler Zusammenarbeit immer empfindlichere Messinstrumente für Experimente höchster Anforderungen.

     

Auf der Suche nach Dunkler Materie

Porträt von Professorin Kathrin Valerius. Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT Amadeus Bramsiepe, KIT
Prof. Kathrin Valerius, KCETA, KIT

Weltweit versuchen Forschende, den Eigenschaften der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen – sie macht über 80 Prozent des Materieinhalts des Universums aus, aber woraus sie besteht, ist bislang nicht bekannt. Die unsichtbare Materie unterliegt nicht der elektromagnetischen Wechselwirkung, sendet kein Licht aus und unterscheidet sich damit grundlegend von der bekannten „sichtbaren” Materie. Astrophysikalische und kosmologische Beobachtungen geben jedoch starke Hinweise auf ihre Existenz. Bemerkbar macht sich die unsichtbare Materie zum Beispiel durch Gravitationseffekte. „Die Rotationsgeschwindigkeit von Spiralgalaxien müsste von innen nach außen geringer werden, wenn nur die Gravitation der sichtbaren Materie wirken würde, tatsächlich aber bleibt sie konstant“, sagt Kathrin Valerius. Zu den Forschungsschwerpunkten am KCETA gehören drei verschiedene Wege, nach der Natur der Dunklen Materie zu suchen: die direkte und indirekte Suche nach Dunkler Materie sowie die Untersuchung von Teilchenkollisionen an Beschleunigeranlagen auf Spuren bislang unbekannter Teilchen.

Eines der weltweit sensitivsten Experimente zur direkten Suche nach Dunkler Materie auf der Erde ist das Projekt XENON, an dem das KIT seit 2019 beteiligt ist. In dem Teilchendetektor, einer mit hochreinem flüssigen Xenon gefüllten Kammer unter der Erde im italienischen Gran Sasso, suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus internationalen Forschungsteams nach schwachen Lichtsignalen, die entstehen, wenn Teilchen der Dunklen Materie an Atomkerne des Xenons stoßen. Das Experiment wurde in mehreren Phasen erweitert bis hin zur aktuellen Ausbaustufe XENONnT. Derzeit arbeiten Valerius und ihr Team am Institut für Astroteilchenphysik (IAP) und am Institut für Experimentelle Teilchenphysik im internationalen Verbund auch an der Entwicklung des Nachfolge-Experiments DARWIN, das durch verfeinerte Technologie und exzellente Sensitivität ein Observatorium auch für andere extrem seltene Ereignisse aus der Astroteilchenphysik werden soll.

„Mit der Forschungs- und Entwicklungsarbeit an DARWIN entsteht im internationalen Zusammenwirken von mehr als 30 Forschungsteams die nächste Generation von Experimenten für die Erforschung der Dunklen Materie“, betont die Physikerin. Eingebunden ist ihre wissenschaftliche Arbeit am IAP in das Helmholtz-Programm Materie und Universum, wo sie das Thema „Materie und Strahlung aus dem Universum“ als Co-Sprecherin verantwortet.

Das KIT-Zentrum KCETA bietet eine einzigartige Plattform zur Erforschung der fundamentalen kleinsten Bausteine der Materie und ihrer Wechselwirkungen sowie ihrer Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des Universums. „Die experimentelle und die theoretische Seite der Forschung an der Schnittstelle von Astrophysik, Elementarteilchenphysik und Kosmologie greifen im KCETA aufs Beste ineinander, und unsere Studierenden sind mit ihren Abschlussarbeiten direkt in die Forschungsprojekte eingebunden“, sagt Valerius. Die Astroteilchenphysikerin beschäftigte sich bereits in ihrer Diplomarbeit und in ihrer Dissertation mit Neutrino-Forschung und ist unter anderem am Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment KATRIN zur Bestimmung der Neutrino-Masse beteiligt.

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Kathrin Valerius her.

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Foto Kathrin Valerius: Amadeus Bramsiepe, KIT
Grafik: IAP/Beatrix von Puttkamer, KIT