{"id":27371,"date":"2008-09-10T13:47:14","date_gmt":"2008-09-10T11:47:14","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2008\/09\/10\/wissenschaft-am-lhc-die-suche-nach-dunkler-materie\/"},"modified":"2025-05-14T17:24:19","modified_gmt":"2025-05-14T15:24:19","slug":"wissenschaft-am-lhc-die-suche-nach-dunkler-materie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2008\/09\/10\/wissenschaft-am-lhc-die-suche-nach-dunkler-materie\/","title":{"rendered":"Wissenschaft am LHC: Die Suche nach dunkler Materie"},"content":{"rendered":"

LHC funktioniert! Heute morgen wurden die ersten Protonenstrahlen in den 27 km langen Ring eingeschossen und alles verlief so wie erwartet<\/a>. In den n\u00e4chsten Tagen und Wochen werden weitere Tests folgen und die Energie der Strahlen wird langsam erh\u00f6ht – solange bis dann endlich alles bereit ist, um die ersten Teilchenkollisionen durchzuf\u00fchren. Dann beginnt auch die wissenschaftliche Arbeit am LHC.<\/p>\n

Auch wenn in den Medien meist nur \u00fcber die Suche nach dem Higgs-Boson geredet wird: am LHC gibt es auch noch jede Menge andere wissenschaftliche Experimente. Eines davon (das mich als Astronom besonders interessiert) ist die Suche nach dunkler Materie.<\/p>\n

<\/p>\n

Dunkle Materie<\/b><\/font><\/p>\n

Ein Teilchenbeschleuniger auf der Suche nach dunkler Materie? Klingt ein wenig seltsam. Mit dunkler Materie assoziert man normalerweise die unbekannten Weiten des Weltalls und gro\u00dfe Teleskope. Wie soll man hier etwas mit einem Teilchenbeschleuniger herausfinden k\u00f6nnen?<\/p>\n

Mit der dunklen Materie gibt es ein gro\u00dfes, dr\u00e4ngendes Problem: wir wissen nicht, um was es sich dabei handelt! Das bedeutet nicht, dass dunkle Materie „nur ein Theorie“ ist, die sich die Astronomen in ihrer Verzweiflung aus den Fingern gesogen haben weil sie sonst nicht weiterkommen. Dunkle Materie existiert! Das l\u00e4sst sich auf verschiedenste Weise nachweisen. Aber wir wissen eben noch nicht, aus was diese dunkle Materie eigentlich besteht.<\/p>\n

Und wie kam man eigentlich auf die Idee, dass diese mysteri\u00f6se Materie existieren soll?<\/p>\n

1933 hat der Astronom Fritz Zwicky die Galaxien in einem Galaxienhaufen beobachtet. Diese Galaxien bewegen sich nat\u00fcrlich weil sie sich gegenseitig durch ihre gravitative Anziehungskraft beeinflussen. Diese Anziehungskraft h\u00e4ngt von der Masse ab – und Galaxien bestehen haupts\u00e4chlich aus Sternen. Kennt man also die Helligkeiten der Galaxien kann man auch die Anzahl der Sterne und damit die Masse einer Galaxie absch\u00e4tzen. Kennt man die Massen, kann berechnen, wie sich die Galaxien bewegen sollte. Zwicky fand nun, dass sich die Galaxien nicht so bewegten wie vorherberechnet. Es sah so aus, als w\u00e4re dort mehr<\/i> Masse vorhanden als man sehen konnte.<\/p>\n

\"i-7bc93f0e07df396b7968fca18b7b3c0b-rotvel-thumb-200x103.jpg\"<\/a><\/form>\n

1960 wurde dieses Ergebnis von Vera Rubin best\u00e4tigt. Sie untersuchte, wie sich Sterne um das Zentrum einer Galaxie bewegen. Auch hier h\u00e4ngt die Umlaufgeschwindigkeit von der Masse der Galaxie ab und es wird erwartet dass die Geschwindigkeit ab einer gewissen Distanz vom Zentrum stark abf\u00e4llt (siehe Bild rechts). Beobachtet hat man aber etwas ganz anderes – die Geschwindigkeit wird nicht kleiner sondern bleibt mehr oder weniger gleich. Das ist wieder ein Hinweis auf zus\u00e4tzliche Masse. <\/p>\n

Es schien also im Universum Masse zu geben, die nur gravitativ wechselwirkt aber keine (oder kaum) elektromagnetischen Signale aussendet oder reflektiert. Eben dunkle Materie<\/i>. Zahlreiche weitere Beobachtungen im Laufe der Zeit haben diese Annahme best\u00e4tigt: Im Universum gibt es Masse, die wir nicht sehen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Aus den Beobachtungen und theoretischen \u00dcberlegungen wei\u00df man mittlerweile das der sichtbare Anteil der Materie im Universum nur etwa 15% ausmacht. Die restlichen 85 % m\u00fcssen dunkle Materie sein. <\/p>\n

Aber worum es sich bei der dunklen Materie genau handelt, wissen wir leider immer noch nicht. Immerhin gibt es einige vern\u00fcnftige Vermutungen – und Experimente am LHC k\u00f6nnen helfen hier Licht ins (buchst\u00e4bliche) Dunkle zu bringen.<\/p>\n


<\/font><\/p>\n

Woraus besteht dunkle Materie<\/b><\/font><\/p>\n

Hier gibt es einige M\u00f6glichkeiten: dunkle Materie k\u00f6nnte beispielsweise buchst\u00e4blich dunkle Materie sein. Also Materie, die identisch mit der ist, die wir sehen k\u00f6nnen nur dass sie eben aus bestimmten Gr\u00fcnden einfach nicht leuchtet und deswegen unsichtbar ist. Kalte Wolken aus interstellarem Gas beispielsweise oder sogannten MACHOs. Das steht f\u00fcr M<\/b>assive A<\/b>strophysical C<\/b>ompact H<\/b>alo O<\/b>bjects <\/b>und dabei handelt es sich um gro\u00dfe Himmelsk\u00f6rper in denen keine Kernfusion stattfindet und die daher auch nicht leuchten. Allerdings m\u00fcsste man sie mit dem Gravitationslinseneffekt „sehen“ k\u00f6nnen (wenn ein MACHO von uns aus gesehen vor einem Stern steht, dann w\u00fcrde seine gravitative Wirkung das Licht Sterns auf eine bestimmte Weise ablenken). Ausserdem w\u00fcrde diese Art der dunklen Materie nicht mit den kosmologischen Theorien zusammenpassen. Auch wenn MACHOs existieren, dann machen sie wohl nur ein winzig kleinen Teil der dunklen Materie aus.<\/p>\n

Eine zweite M\u00f6glichkeit w\u00e4re sogenannte „hei\u00dfe dunkle Materie“: das bedeutet schnelle, leichte Teilchen. Lange dachte man, Neutrinos w\u00e4ren der passende Kandidat f\u00fcr die dunkle Materie. Neutrinos sind Elementarteilchen die von den Sternen bei ihrer Kernfusion in gro\u00dfer Menge erzeugt werden aber kaum nachweisbar sind weil sie kaum mit anderer Materie wechselwirken. Allerdings hat sich im Laufe der Zeit herausgestellt, dass ihre Masse viel zu gering ist um f\u00fcr die dunkle Materie in Frage zu kommen. Und auch hier g\u00e4be es Widerspr\u00fcche zu den kosmologischen Theorien.<\/p>\n

Bleibt als dritte M\u00f6glichkeit die „kalte dunkle Materie“ – bisher noch unbekannte Elementarteilchen die nur von Gravitation und der schwachen Kernkraft beeinflusst werden. Diese WIMPs (W<\/b>eakly I<\/b>nteractive M<\/b>assive P<\/b>articles<\/b>) wechselwirken kaum mit normaler Materie und w\u00fcrden auch den kosmologischen Theorien nicht widersprechen. Ein ausichtsreicher Kandidat f\u00fcr so ein WIMP w\u00e4re das LSP – das „lightest supersymmetric particle“. Diese leichteste supersymmetrische Teilchen<\/i> wird von einer Theorie postuliert, die das bisher g\u00fcltige Standardmodel der Teilchenphysik auf interessante Art und Weise erweitert: die Supersymmetrie<\/i><\/a> (SuSy)<\/p>\n


<\/font><\/p>\n

Supersymmetrie<\/b><\/font><\/p>\n

In der supersymmetrischen Erweiterung des Standardmodells wird jedem bekannten Elementarteilchen ein neuer supersymmetrische „Zwilling“ zugeordnet. Nat\u00fcrlich kein identischer Zwilling – die neuen Teilchen haben andere Eigenschaften als ihre Partner. <\/p>\n\"i-d7585b5818e225619522f7cea465afca-susy.jpg\"<\/form>\n

Bild: DESY<\/a><\/i><\/font><\/p>\n

Mit dieser Erweiterung des Standardmodells versucht man einerseits eine vereinheitlichte Theorie der Grundkr\u00e4fte zu finden. Andererseits k\u00f6nnten supersymmetrische Teilchen auch eine L\u00f6sung f\u00fcr das Problem der dunklen Materie sein. Sie h\u00e4tten genau die richtigen Eigenschaften. Diese neuen Teilchen sind aber schwerer als die normalen Teilchen und deswegen auch schwerer zu entdecken. <\/p>\n

Von den supersymmetrischen Teilchen ist das Neutralino der beste Kandidat f\u00fcr die dunkle Materie. Es hat eine gro\u00dfe Masse und keine elektrische Ladung (ist also dunkel) – genau das, was man von dunkler Materie erwarten w\u00fcrde. Mittlerweile deuten auch Messungen des europ\u00e4ischen Satelliten PAMELA<\/a> darauf hin, dass dunkle Materie aus supersymmetrischen Teilchen besteht. <\/p>\n


<\/font><\/p>\n

LHC und dunkle Materie<\/b><\/font><\/p>\n

Bis jetzt waren die Teilchenbeschleuniger nicht stark genug um die Supersymmetrie zu best\u00e4tigen oder zu widerlegen. Um bei einer Teilchenkollision supersymmetrische Teilchen erzeugen zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen die kollidieren Partikel mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten aufeinander prallen. Dann w\u00fcrde genug Energie entstehen um auch die schweren supersymmetrischen Partnerteilchen erzeugen zu k\u00f6nnen. Dem LHC k\u00f6nnte das aber nun vielleicht gelingen. <\/p>\n

Die Entdeckung eines supersymmetrischen Teilchens w\u00e4re nicht nur ein tolles Ereignis f\u00fcr die Astrophysiker die dann endlich w\u00fcssten, wie sich die dunkle Materie zusammensetzt. Auch f\u00fcr die Teilchenphysiker w\u00e4re das ein gewaltiger Erfolg und ein gro\u00dfer Schritt vorw\u00e4rts auf dem Weg zu einem vollst\u00e4ndigen Verst\u00e4ndnis der Bausteine unserer Welt.<\/p>\n

Das meint auch Rolf-Dieter Heuer<\/a> der n\u00e4chstes Jahr die Leitung des CERN \u00fcbernehmen wird:<\/p>\n

\n

„Der LHC wird ein Fenster in dieses Dunkle Universum \u00f6ffnen, hoffe ich.
\nDas finde ich faszinierend. Die M\u00f6glichkeit, den ersten Schritt in das
\nDunkle Universum zu gehen, finde ich ganz fantastisch. Das ist
\nnat\u00fcrlich nicht garantiert, aber die Wahrscheinlichkeit, Kandidaten f\u00fcr
\ndie Dunkle Materie zu finden, ist relativ gro\u00df.“<\/i><\/p>\n<\/blockquote>\n

Auch wenn mit wissenschaftlichen Ergebnissen am LHC erst in paar Jahren zu rechnen ist – ich bin enorm gespannt, was an dieser gro\u00dfartigen Maschine alles entdeckt werden wird!<\/p>\n

P.S. Ich habe hier bewusst nicht \u00fcber die diversen Weltuntergangsszenarios geschrieben die angeblich am LHC stattfinden werden. Dazu gibt es einen anderen Beitrag<\/a> – hier soll es um Wissenschaft gehen. <\/font><\/i><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

LHC funktioniert! Heute morgen wurden die ersten Protonenstrahlen in den 27 km langen Ring eingeschossen und alles verlief so wie erwartet. In den n\u00e4chsten Tagen und Wochen werden weitere Tests folgen und die Energie der Strahlen wird langsam erh\u00f6ht – solange bis dann endlich alles bereit ist, um die ersten Teilchenkollisionen durchzuf\u00fchren. Dann beginnt auch […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":792,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11],"tags":[273,433,276,632,633,634],"class_list":["post-27371","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","tag-cern","tag-dunkle-materie","tag-lhc","tag-lsp","tag-neutralino","tag-supersymmetrie"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/27371","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=27371"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/27371\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":27372,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/27371\/revisions\/27372"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/792"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=27371"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=27371"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=27371"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}