Ein Blitz eine Meile unter der Erde
Am 16. Juni 2023, 39 Sekunden nach 15:22 Uhr, ereignete sich etwas eine Meile unter den Black Hills in South Dakota, dessen Verkuendung drei Jahre dauerte. Ein versiegelter Tank mit ultrakaltem fluessigem Xenon im LUX-ZEPLIN (LZ)-Detektor registrierte einen plötzlichen Lichtblitz und eine begleitende elektrische Ladung — die unverkennbare Signatur eines Teilchens, das mit dem Kern eines Xenon-Atoms kollidiert.
Das LZ-Experiment, der empfindlichste Dunkle-Materie-Detektor der Welt, wurde genau fuer diese Art von Ereignis konstruiert: ein hypothetisches Teilchen namens WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), das in gewoehnliche Materie einschlaegt. Aber jedes bisherige Kandidatenereignis ueber Jahrzehnte des Suchens entpuppte sich als Hintergrundrauschen — Streuneutronen, Radioaktivitaet, kosmische Strahlen.
Dieses ist anders.
Warum Physiker begeistert sind
Das Ereignis hinterliess 248 keV Energie im Detektor — weit ueber der 50-keV-Grenze, auf die sich die meisten WIMP-Suchen konzentrieren. Die LZ-Kollaboration analysierte 220 Tage Daten und erweiterte ihre Suche in diesen hochenergetischen Bereich. Nachdem sie die Daten mit synthetischen Ereignissen gesalzen hatten, um Verzerrungen zu verhindern, wurden sie entsalzt und fanden ein verbleibendes Signal.
Nach dem Entsalzen blieb ein einziges Ereignis uebrig, sagte Richard Gaitskell, LZ-Sprecher und Physikprofessor an der Brown University.
Mit einer Signifikanz von 2,6 Sigma beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen statistischen Zufallstreffer handelt, etwa 0,5%. Die Teilchenphysik verlangt 5 Sigma, um eine Entdeckung zu verkuenden — das Team beansprucht daher ausdruecklich nicht, Dunkle Materie gefunden zu haben.
Das WIMP, das nicht existieren sollte
Standard-WIMP-Theorien sagen voraus, dass, wenn ein Teilchen mit dieser Energie nachgewiesen wird, das Experiment auch Dutzende von Ereignissen mit niedrigerer Energie haette aufzeichnen muessen. LZ sah nur eines. Das bedeutet, dass es sich, falls es sich um ein WIMP handelt, um ein unguewoehnliches handeln muesste.
Das Kandidaten-Teilchen muesste mindestens 200 GeV wiegen — mehr als 200-mal die Masse eines Protons — und wuerde damit in das schwere WIMP-Gebiet fallen, das viele Forscher bereits aufgegeben hatten.
Ein schliessendes Fenster
Detektoren wie LZ naehern sich einer Empfindlichkeitsschwelle, bei der sie von Neutrinos ueberwaeltigt werden — geisterhaften Teilchen, die von der Sonne und der Erdatmosphaere erzeugt werden und Dunkle-Materie-Signale nachahmen koennen. Das ist dein letztes Chancefenster, ein WIMP zu sehen, sagte Juan Collar, Physiker an der Universitaet Chicago.
Was als Naechstes kommt
LZ hat ueber 700 Tage blindierte Daten angesammelt — mehr als dreimal so viel wie der in dieser Analyse verwendete Datensatz. Zwei konkurrierende Experimente — PandaX-4T in China und XENONnT in Italien — koennen eine unabhaengige Bestaetigung liefern.
Nach 40 Jahren erfolgloser Suche hat die Dunkle-Materie-Gemeinschaft zum ersten Mal seit langem ein echtes Raetsel.
