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

Photonenpaare. Astrophysikalische Detektoren, die Antiteilchen oder Photonen messen, könnten dann Anzeichen einer solchen Vernichtung entdecken.
    Die Instrumente, die nach diesen dem Standardmodell entsprechenden Produkten der Vernichtung dunkler Materie suchen, wurden ursprünglich nicht zu diesem Zweck konstruiert. Sie wurden als Teleskope oder Detektoren im Weltraum oder auf der Erde entworfen, um Licht oder Teilchen zu entdecken und dadurch zu einem besseren Verständnis dessen, was es am Himmel gibt, beizutragen. Durch die Beobachtung dessen, was von Sternen, Galaxien und exotischen Objekten in ihrem Inneren ausgesendet wird, können Astronomen etwas über die chemische Zusammensetzung astronomischer Objekte erfahren und auf die Eigenschaften und Beschaffenheit der Sterne rückschließen.
    Der Philosoph Auguste Comte sagte 1835 irrtümlicherweise über die Sterne: »Ihre chemische Zusammensetzung werden wir niemals auf irgendeine Weise erforschen können.« Er glaubte, dass das jenseits der Grenze des erreichbaren Wissens läge. Doch nicht lange nachdem er diese Worte ausgesprochen hatte, erfuhren wir durch die Entdeckung und Deutung der Sonnenspektren – das Licht, das ausgestrahlt oder absorbiert wurde – etwas über die Zusammensetzung der Sonne, und Comtes Behauptung wurde entschieden widerlegt.
    Die heutigen Experimente setzen diese Mission fort, wenn sie die Zusammensetzung anderer Himmelsobjekte abzuleiten versuchen. Die heutigen Teleskope sind sehr empfindlich, und alle paar Monate erfahren wir mehr darüber, was es da draußen gibt.
    Zum Glück für die Suche nach der dunklen Materie könnten die Beobachtungen von Licht und Teilchen, die diese Experimente bereits erforschen, auch zum Verständnis des Wesens der dunklen Materie beitragen. Da Antiteilchen im Universum relativ selten sind und die Verteilung der Energie von Photonen charakteristische und identifizierbare Eigenschaften aufweisen könnte, wäre es möglich, dass diese Entdeckungen am Ende mit der dunklen Materie verknüpft sind. Die räumliche Verteilung dieser Teilchen könnte ebenfalls zur Unterscheidung solcher Vernichtungsprodukte von gewöhnlicheren astrophysikalischen Hintergrundereignissen beitragen.
    HESS, das High Energy Stereoscopic System, das sich in Namibia befindet, und VERITAS, das Very Energetic Radiation Imaging Telescopic Array System in Arizona, sind große Anordnungen von Teleskopen auf der Erde, die nach hochenergetischen Photonen aus dem Zentrum der Galaxie suchen. Und die nächste Generation des Observatoriums für sehr hochenergetische Gammastrahlen, das Cherenkov Telescope Array (CTA), verspricht, noch empfindlicher zu sein. Das Fermi-Gammastrahlen-Teleskop umkreist alle 95 Minuten den Himmel in 550 km Höhe über der Erde auf einem Satelliten, der Anfang 2008 in den Weltraum geschossen wurde. Photonen-Detektoren auf der Erde haben den Vorteil, riesige Sammelregionen aufzuweisen, während die sehr genauen Instrumente auf dem Fermi-Satelliten über eine bessere Energieauflösung und Richtungsinformationen verfügen, für Photonen mit niedrigeren Energien empfindlich sind und ein 200-mal so großes Sichtfeld haben.
    Beide Arten von Experimenten könnten Photonen feststellen, die aus der Vernichtung von dunkler Materie oder aus der Strahlung entstehen, die von Elektronen und Positronen erzeugt werden, die aus der Vernichtung dunkler Materie hervorgehen. Wenn wir das eine oder das andere feststellen, werden wir wahrscheinlich eine Menge über die Identität und die Eigenschaften der dunklen Materie erfahren.
    Andere Detektoren suchen in erster Linie nach Positronen, den Antiteilchen der Elektronen. Physiker, die an einem von Italien geleiteten Satellitenexperiment namens PAMELA arbeiten, haben schon über ihre Befunde berichtet, und diese sehen überhaupt nicht so aus wie das, was vorhergesagt wurde (siehe die PAMELA-Ergebnisse in Abbildung 80). Das Akronym steht in diesem Fall für den Zungenbrecher »Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics« (Nutzdaten für die Erforschung von Materie und Antimaterie und für die Astrophysik leichter Kerne), der durch den angenehmen Klang von PAMELA etwas abgemildert wird, wenn man es mit einem italienischen Akzent ausspricht. Wir wissen noch nicht, ob die überschüssigen Ereignisse von PAMELA auf dunkle Materie oder auf Fehlschätzungen astronomischer Objekte, wie z.B. Pulsare, zurückgehen. Aber so oder so haben die Ergebnisse die