Am Mittwoch wurde in Nature ein Artikel mit dem Titel „Physicists await dark-matter confirmation“ veröffentlicht. Anscheinend könnte der europäische Satellit PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) dunkle Materie detektiert haben!
Nach allem was wir wissen macht dunkle Materie einen großen Teil der Materie in unserem Universum aus. Leider – wie der Name schon sagt – kann man diese Materie nicht beobachten. Bis jetzt gab es nur indirekte Nachweise, z.B. anhand der gravitativen Wirkung der dunklen Materie. PAMELA soll nun angeblich einen Überschuß an hochenergetischen Positronen (Anti-Elektronen) gemessen haben die sich durch unsere Galaxie bewegen
„Das wäre genau das Signal, das man sich von dunkler Materie erwarten würde.“
sagt Graciela Gelmini, ein theoretischer Physiker der Universität von Kalifornien.
Bis jetzt wissen wir immer noch nicht, was dunkle Materie eigentlich genau ist. Eine wahrscheinliche Möglichkeit folgt aus der sg. Supersymmetrie. Dieses Modell der Teilchenphysik sagt voraus, das es für jedes Teilchen einen schweren supersymmetrischen Partner gibt. Diese Teilchen konnten bis jetzt noch nicht entdeckt werden. Man hofft aber, am LHC in CERN erstmals supersymmetrische Teilchen nachweisen zu können.
Wenn diese supersymmetrischen Teilchen tatsächlich die dunkle Materie darstellen, dann kann es auch vorkommen, dass ab und zu zwei davon miteinander kollidieren. Und dabei würden schließlich energiereiche Positronen entstehen – genau das, was PAMELA beobachtet hat!
Die Meldung ist allerdings noch nicht bestätigt. Bei einer Konferenz wurden die Messdaten ganz kurz gezeigt – und seitdem brodelt die Gerüchteküche. Bis alle Daten ausgewertet und alle alternativen Möglichkeiten berücksichtigt sind, wird es wohl noch eine Zeit dauern.
Aber vielleicht haben wir bald wirklich einen echten Nachweis für dunkle Materie im Universum. Gleichzeitig wäre diese Entdeckung ein deutlicher Hinweis darauf, dass die Supersymmetrie tatsächlich existiert! Die Forscher von PAMELA und die vom LHC werden in Zukunft wohl einiges zu besprechen haben.
Hmmm… In welcher Weise ist dieser Nachweis denn besser als der bisherige über die Masse? Kann man eventuell ein paar Hypothesen über die Identität eliminieren? Das müsste eigentlich drin sein…
Ja – in diesem Fall wüsste man dann dass es sich bei der dunklen Materie um supersymmetrische Teilchen handeln würde.
Ich denke mal das diese potentielle Entdeckung deswegen so besonders ist. Mit der Masse wusste man das etwas da ist; mit dieser Entdeckung weiß man was es ist.
Wenn sich die Daten als zuverlässig erweisen sollten, wäre das sehr cool. Ich war bis jetzt recht skeptisch, was SUSY betraf; aber das würde mich schon fast überzeugen.
Technische Frage (bin [noch] kein Teilchenphysiker): Warum sollten bei SUSY-Teilchen-Kollisionen gerade Positronen entstehen und keine Elektronen? War da nicht was mit CP-Symmetrie?
Manueller Trackback – funktioniert bei uns immer noch nicht…
@Odysseus: Hu – da bin ich jetzt auf die Schnelle auch überfragt 😉 Als Astronom sind mir die Details aus Teilchenphysik und Susy auch nicht so geläufig. Ich werde aber mal schauen, ob ich was rausfinden kann. Aber vielleicht weiß Ludmila Bescheid?
@Odysseus: Ich glaub hier liegt ein Missverständnis vor. Es geht darum, dass das leichteste supersymmetrische Teilchen, welches stabil sein sollte, mit einem anderen LSP kollidiert. Damit hätte man eine unheimlich energetische Teilchenkollision und in der Natur das, was wir hier auf der Erde mit dem CERN mühsam versuchen nachzumachen: Einen Teilchenbeschleuniger.
Und was passiert, wenn zwei Teilchen mit sehr viel Energie zusammenstoßen? Es entsteht jede Menge Energie und ein Strom an konventionellen Partikeln und zwar sowohl Materie und Antimaterie, die wiederum zerfallen – das allermeiste davon lebt ja nicht besonders lange – so dass am Ende vor allem Elektronen und Positronen übrig bleiben.
Jetzt sind Elektronen in unserem Universum nichts Ungewöhnliches, die schwirren herum und werden irgendwann still und heimlich von Ionen verschluckt und Du hast kaum eine Chance einen Überschuss an Elektronen nachzuweisen, vor allem aus größerer Entfernung. Positronen als Antimaterie-Teilchen dagegen sind eine ganz andere Geschichte. Sobald die auf ein Materie-Teilchen treffen, vergehen sie zu reiner Energie. Positronen treten also im Gegensatz zu den Elektronen mit einem „lauten Knall“ ab und deswegen kann man einen Überschuss an Positronen viel besser nachweisen als einen aus Elektronen. Und wenn diese aus einem Zerfall von LSP stammen, dann sollten sie auch eine gewisse Energiesignatur haben, die sie verrät.
P.S.:
Mir ist nicht so ganz klar, warum bei Kollisionen zweier LSP nichts anderes übrig bleibt als Elektronen und Positronen, aber dafür müsste ich das Feynmandiagramm sehen. Das suche ich ein anderes Mal, wenn ich Lust dazu habe. Es könnte allerdings damit zusammenhängen, dass das LSP keine Farbladung trägt und somit der Zerfall in was anderes als Elektronen und Positronen sehr selten ist, weil man dazu noch mal Farbe und Antifarbe erzeugen müsste, was natürlich auch sehr viel Energie frisst.
Übrigens kannst Du bei Kollisionen zweier LSPs die Verletzung der CP-Symmetrie erst einmal vernachlässigen. Die kommt erst bei Zerfällen mit Schwacher Wechselwirkung zum Tragen und führt dann zu einer Unterdrückung von Zerfällen in Antimaterie. Aber hier kommt vornehmlich erst einmal die Starke WW zum Tragen.
Danke für die ausführliche Antwort! Hoffen wir mal, dass der LHC das LSP dann auch findet – bevor er das Höllentor öffnet 😉
Wäre es möglich, dass Graciela Gelmini kein Physiker, sondern eine PhysikerIN ist? Oder sind geschlechtsspezifische Bezeichnungen in der Wissenschaft einfach unüblich?
Bevor die Umleitung auch noch gelöscht wird: Der von Ludmila referenzierte Wiki-Artikel steht jetzt =»hier. underscore statt minus, eine echte lexikographische Verbesserung^^