Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

Partner von Quarks – erzeugt werden, wenn sie existieren und im richtigen Massespektrum liegen. Wie wir in Kapitel 17 besprochen haben, würden beide dieser supersymmetrischen Teilchen schließlich in das LSP zerfallen. Obwohl also ein dunkles Materieteilchen nicht direkt erzeugt werden würde, könnte der Zerfall anderer in größeren Mengen erzeugter Teilchen möglicherweise LSPs in beobachtbarer Menge hervorbringen.
    Andere Szenarien dunkler Materie auf der schwachen Skala, die überprüfbare Konsequenzen haben, würden zwangsläufig erzeugt und auf dieselbe Weise »nachgewiesen« werden. Die Masse des dunklen Materieteilchens sollte im Bereich der Energie der schwachen Skala liegen, die der LHC erforschen wird. Diese Teilchen werden wegen ihrer schwachen Wechselwirkungsstärke zwar nicht direkt erzeugt werden, aber viele Modelle enthalten andere neue Teilchen, die in dunkle Materieteilchen zerfallen könnten. Dann könnten wir von der Existenz des dunklen Materieteilchens und möglicherweise auch seiner Masse durch den fehlenden Impuls erfahren, den es wegträgt.
    Die Feststellung dunkler Materie am LHC wäre gewiss eine große Leistung. Wenn man sie dort findet, könnten die Experimentalphysiker sogar einige ihrer Eigenschaften im Einzelnen untersuchen. Um jedoch wirklich einwandfrei festzustellen, dass ein Teilchen, das am LHC gefunden wurde, dunkle Materie darstellt, bräuchte man zusätzliche Belege. Diese könnten Detektoren auf der Erde und im Weltraum liefern.
    Experimente zum direkten Nachweis dunkler Materie
    Das Potential des LHC zur Erzeugung dunkler Materie ist sicherlich faszinierend. Aber die meisten kosmologischen Experimente finden nicht in Beschleunigern statt. Experimente auf der Erde und im Weltraum, die eigens für astronomische Zwecke und die Suche nach dunkler Materie konzipiert wurden, sind in erster Linie dafür verantwortlich, sich unserem Verständnis potentieller Lösungen kosmologischer Fragen anzunehmen und es zu fördern.
    Natürlich sind die Wechselwirkungen dunkler Materie mit Materie sehr schwach, weshalb die gegenwärtigen Suchverfahren auf der Hoffnung beruhen, dass dunkle Materie trotz ihrer nahezu vollständigen Unsichtbarkeit dennoch schwach – aber nicht unendlich schwach – mit der uns bekannten Materie (aus der wir Detektoren herstellen können) wechselwirkt. Das ist nicht bloß Wunschdenken, sondern beruht auf derselben oben erwähnten Berechnung der Restdichte, die zeigt, dass, wenn dunkle Materie einen Bezug zu Modellen hat, die zur Lösung des Hierarchieproblems vorgeschlagen wurden, die verbleibende Teilchendichte den richtigen Betrag aufweist, um Beobachtungen dunkler Materie zu erklären. Viele der WIMP-Kandidaten für dunkle Materie, die von dieser Berechnung nahegelegt werden, wechselwirken mit den Teilchen des Standardmodells in solchen Mengen, die mit der heutigen Generation von Detektoren für dunkle Materie durchaus feststellbar sein könnten.
    Aber auch dann erfordert die Suche aufgrund der schwachen Wechselwirkungen dunkler Materie entweder riesige Detektoren auf der Erde oder alternativ dazu sehr empfindliche Detektoren, die nach Produkten aufeinandertreffender dunkler Materie suchen, die sich gegenseitig vernichten und neue Teilchen und ihre Antiteilchen auf der Erde oder im Weltraum erzeugen. Wahrscheinlich würden Sie die Lotterie nicht gewinnen, wenn Sie nur ein einziges Los kauften, aber wenn Sie mehr als die Hälfte aller verfügbaren kaufen könnten, stünden Ihre Chancen ganz gut. Ebenso haben sehr große Detektoren eine ziemlich gute Chance, dunkle Materie zu finden, auch wenn die Wechselwirkung der dunklen Materie mit jedem einzelnen Nukleon im Detektor äußerst gering ist.
    Für Detektoren dunkler Materie besteht die Herausforderung darin, die neutralen – nicht geladenen – dunklen Materieteilchen registrieren und sie anschließend von kosmischer Strahlung und anderer Hintergrundstrahlung zu unterscheiden. Teilchen ohne Ladung wechselwirken mit den Detektoren nicht auf gewöhnliche Weise. Die einzige Spur eines dunklen Materieteilchens, das durch einen Detektor hindurchgeht, wären die Folgen davon, dass es im Detektor auf Kerne stößt und seine Energie um einen winzigen Betrag ändert. Da dies die einzige beobachtbare Konsequenz ist, bleibt den Detektoren dunkler Materie nichts anderes übrig, als nach Belegen für die winzigen Beträge von Wärme- oder Rückstoßenergie zu suchen, die entstehen, wenn dunkle Materieteilchen