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DUNKLE MATERIE: Baudis' Suche nach dem Unsichtbaren

Laura Baudis ist eine der weltweit führenden Forscherinnen, wenn es um die Suche nach Teilchen der Dunklen Materie geht - nach unsichtbaren Partikeln, die unsere Vorstellungskraft sprengen. Morgen spricht die Physikprofessorin in St.Gallen.
Bruno Knellwolf
Der Xenon-Tank des «Dunkle-Materie-Detektors» im Untergrundlabor des Gran-Sasso-Instituts. (Bild: PD)

Der Xenon-Tank des «Dunkle-Materie-Detektors» im Untergrundlabor des Gran-Sasso-Instituts. (Bild: PD)

Bruno Knellwolf

bruno.knellwolf@tagblatt.ch

Der Blick aus Laura Baudis’ Büro an der Universität Zürich geht hinaus in den weiten Himmel, ins Universum. Ins Arbeitsgebiet der Professorin am Physikalischen Institut, deren Forschungsgruppe zu den weltweit führenden gehört, wenn es um die Suche nach Spuren der Dunklen Materie geht. Eine der beiden gewaltigen Mächte, die das Universum prägen. Während die Dunkle Energie das All auseinander treibt, hält die Dunkle Materie die Galaxien zusammen. 26,8 Prozent des Universums bestehen aus Dunkler Materie.

Doch wäre nicht eher «Unsichtbare Materie» der richtige Begriff? Denn zu sehen ist diese Materie nicht, weder von Auge, noch im UV-, Gamma-, Infrarot- oder Mikrowellenbereich. «Das wäre tatsächlich die richtige Bezeichnung», sagt Laura Baudis. «Eine dunkle Wolke würde man zum Beispiel ja sehen, weil sie das Licht absorbiert. Der Begriff Dunkle Materie ist historisch und diesen haben wir dem grossen Schweizer Astrophysiker Fritz Zwicky zu verdanken. Er war der Erste, der 1933 die Dunkle Materie in Galaxienhaufen entdeckt und sie so bezeichnet hat.»

Keine sichtbare ohne unsichtbare Materie

Der Pionier der Galaxieforschung beobachtete die Geschwindigkeit mehrerer weit entfernter Galaxien und schloss aus deren Bewegung, dass es neben der sichtbaren Materie auch eine unsichtbare geben muss. «Man kann sich die Dunkle Materie wie Wolken um die Galaxien vorstellen», erklärt Baudis. «Diese Wolken entstehen aus einem Gas, aus Elementarteilchen, die nicht mit Photonen interagieren.» Weil sie nicht mit Lichtteilchen in Wechselwirkung stehen, streuen die Teilchen der Dunklen Materie diese auch nicht und sind dementsprechend nicht zu sehen. «Die schweren Teilchen der Dunklen Materie schwirren herum und bilden sehr viel ausgedehntere Galaxien und Halos, kugelförmige Ansammlungen Dunkler Materie, als das sichtbare Materie kann», sagt Baudis. Entstanden sind diese Teilchen beim Urknall zusammen mit normaler Materie.

Nachgewiesen werden konnten diese Partikel bis heute nicht. Ihre Existenz zeigt sich unter anderem aufgrund ihrer messbaren Gravitationswirkung auf die sichtbare Materie. «Alle Nachweise basieren auf den gravitativen Effekten. Dunkle Materie kann klumpen, sie kann viel früher als sichtbare Materie Galaxien bilden», sagt Baudis. «Und aufgrund der messbaren Kosmischen Hintergrundstrahlung kann man sagen, wie viele Dunkle Materie es schon 300000 Jahre nach dem Urknall gab. Es gibt viele Beobachtungen, die miteinander kompatibel sind und die Existenz Dunkler Materie erklären.» Es gebe auch andere Elementarteilchen, die man nur indirekt wahrnehme. «Wir wissen, dass es Neutrinos gibt, die nehmen wir aber auch nur über ihre schwache Wechselwirkung mit sichtbarer Materie wahr», sagt Baudis.

Noch hat man kein Teilchen der Dunklen Materie aufspüren können. Am Cern in Genf versucht man, solche Teilchen herzzustellen. Die Forschungsgruppe von Laura Baudis dagegen sucht direkt nach bestehenden Teilchen Dunkler Materie in unserer Milchstrasse und in den Halos. Gefunden werden diese, wenn die Teilchen mit Xenon-Atomen eines Detektors kollidieren und dann ein Signal erzeugen, einen Lichtblitz im UV-Bereich. Dieser Detektor steht im Gran-Sasso-Labor bei Rom, dessen Herzstück ein riesiger Tank mit 3,2 Tonnen flüssigem Xenon ist. Seit Februar 2016 wird gemessen, und am kommenden Freitag trifft sich Baudis mit 150 Wissenschaftern aus Forschungsinstitutionen aus den USA, Israel und Europa in Florenz, um die Resultate dieser Suche zu analysieren.

Der bestehende Detektor wird bald vergrössert, um Signale Dunkler Materie ab Mitte 2019 noch besser nachweisen zu können. Die gebürtige Rumänin Baudis ist optimistisch, solche irgendwann zu finden. «Sonst hätte ich nicht schon zwanzig Jahre daran geforscht», sagt die zweifache Mutter, die seit 2007 an der Universität Zürich arbeitet. Die Arbeit wird ihr nicht ausgehen, so wie auch das Universum nicht stillsteht und sich weiterentwickeln wird. «Die Galaxien werden sich weiterhin zu Superhaufen formen. Galaxien können kollidieren und verschmelzen.» Panik müssen wir deswegen keine haben, die Galaxien in sich sind recht stabil, weit über unsere menschliche Vorstellung und Zeitrechnung hinaus.

Vortrag

Mittwoch, 19 Uhr, Naturmuseum St.Gallen. Laura Baudis: Die verborgene Seite des Universums – auf der Suche nach der Dunklen Materie.

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