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Suche nach Dunkler Materie: CRESST-Experiment startet in die nächste Runde

Das CRESST-Experiment setzt seine Suche nach Dunkler Materie fort. Vor einigen Wochen erreichte der Detektor seine Betriebstemperatur von etwa -273 Grad Celsius, also nahe dem absoluten Nullpunkt. Für die jetzt im September gestartete Messkampagne wurde das Experiment grundlegend überarbeitet: Unter anderem kommt jetzt ein neuartiger Detektortyp zum Einsatz. CRESST wird nach sehr leichten Dunkle-Materie-Teilchen forschen – in einem Massebereich, den derzeit kein anderes Experiment abdeckt.

Einbau der neuen Detektormodule in das CRESST-Experiment (Foto: A. Eckert/MPP)

Das CRESST-Experiment hat kürzlich einen neuen Messlauf gestartet; der vorangegangene endete im August 2015. Damals stellte sich heraus, dass einige der Detektoren hochempfindlich für sehr leichte Dunkle-Materie-Teilchen waren. Dies veranlasste die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, alle Detektormodule aufzurüsten.

Größerer Suchbereich für Dunkle-Materie-Teilchen

Mit den neuen Sensoren sinkt die Energieschwelle für die Teilchen der Dunklen Materie. "In der letzten Messphase drang CRESST in einen sehr niedrigen Energiebereich von etwa 300 Elektronenvolt vor", erklärt Federica Petricca, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Physik und Sprecherin des CRESST-Forschungsverbundes.

"Künftig können wir Teilchen detektieren, die viel leichter als ein Gigaelektronvolt sind." Dieser Massebereich stimmt mit neueren theoretischen Modellen überein, die sehr leichte Dunkle-Materie-Teilchen vorhersagen.

Insgesamt weitet sich der Suchbereich für die Teilchen der Dunklen Materie deutlich aus. Alle aktuellen Experimente zusammen decken ein Spektrum von sehr leichten bis sehr schweren Teilchen ab: von weniger als ein Gigaelektronvolt (CRESST) bis hin zu einigen 100 Gigaelektronenvolt (Xenon 1T).

Das überarbeitete CRESST-Experiment

Das CRESST-Experiment verwendet Kristalle aus Kalziumwolframat (CaWO4). Da die erwarteten Zusammenstöße von Teilchen mit den Atomen im Kristall extrem selten sind, ist es entscheidend Störsignale weitgehend auszuschalten. Um den radioaktiven Untergrund, der vom Kristall selbst ausgeht zu reduzieren, nutzt CRESST chemisch sehr reine Kristalle aus der Produktion der Technischen Universität München.

Optimiert wurden auch die Aufhängungen für die Kristalle. Sie sind nun ebenfalls mit Sensoren versehen. "So können wir exakt bestimmen, wo im Detektor Teilchenreaktionen stattfinden – und Dunkle-Materie-Signale von Störquellen unterscheiden", erläutert Petricca.

Die ersten Ergebnisse aus der jetzt gestarteten Messung erwartet CRESST in einem Jahr. Die Gruppe arbeitet außerdem daran, die Schwelle für leichte Dunkle-Materie-Teilchen weiter herabzusetzen. "Ziel ist es letztlich, den Suchbereich noch größer zu fassen – und so dem Rätsel der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen", so Petricca abschließend.

 

Kontakt:

Dr. Federica Petricca
Max-Planck-Institut für Physik
+49 89 32354-242