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Das CRESST-Experiment

Die Suche nach Dunkler Materie

Das CRESST-Experiment im Gran Sasso-Untergrundlabor
Das CRESST-Experiment im Gran Sasso-Untergrundlabor (Foto: A. Eckert/MPP)

Kosmologischen Beobachtungen zufolge macht die gewöhnliche Materie, aus der die Atome, alles Leben, Sterne, Planeten und Galaxien bestehen, nur etwa fünf Prozent der gesamten Materie im Universum aus. Einen weitaus größeren Anteil, ungefähr 25 Prozent, stellt die so genannte Dunkle Materie dar. Bisher ist aber nicht klar, woraus diese besteht.

Unsere Galaxie, die Milchstraße, ist von einer großen Ansammlung an Dunkler Materie umgeben. Deren enorme Masse hat die Entwicklung der Galaxie entscheidend geprägt.

Verschiedene gut begründete Theorien besagen, dass

  • die Dunkle Materie aus Teilchen besteht, die Schwerkraft ausüben und
  • mit der sichtbaren Materie interagieren - wenn auch nur sehr schwach.

Wenn solche Dunkle-Materie-Teilchen existieren, sollte man sie mit geeigneten Messgeräten von der Erde aus beobachten können.

Mit dem CRESST-Experiment suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach der Dunklen Materie. CRESST steht für "Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers". Hinter dem Experiment steht ein europäischer Forschungsverbund, der vom Max-Planck-Institut für Physik (MPP) geleitet wird.

Mit Kristall-Detektoren auf der Spur zur Dunklen Materie

Aufbau des CRESST-Experiments, mit dem Dunkle-Materie-Teilchen gefunden werden sollen.
Aufbau des CRESST-Experiments, mit dem Dunkle-Materie-Teilchen gefunden werden sollen. (Foto: A. Eckert)

Das CRESST-Experiment ist im Untergrundlabor unter dem Bergmassiv des Gran Sasso (Laboratori Nazionali del Gran Sasso, LNGS) in Italien angesiedelt. Es besteht aus hochsensiblen Detektoren, die reagieren, wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen auf einen Atomkern im Detektormaterial trifft.

Da diese Teilchen nur sehr selten mit gewöhnlicher Materie reagieren, erwartet man pro Jahr nur wenige beobachtbare Ereignisse. Um diese zuverlässig zu entdecken, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine spezielle Methode entwickelt.

Die Instrumente bestehen aus ultrareinen, szintillierenden Kalziumwolframat-Kristallen (CaWO4), deren Betriebstemperatur bei fast -273 Grad Celsius liegt, also nahe am absoluten Nullpunkt. Wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen auf einen Atomkern stößt, steigt die Temperatur im Kristall um etwa ein Millionstel Grad an.

Hochsensible Sensoren machen den Unterschied

Ein Detektor des CRESST-Experiments: Der Kalziumwolframat-Kristall (heller Quader) sitzt in einem Kupfergehäuse. Auf seiner Oberfläche ist der H-förmige Temperatursensor angebracht. Rechts vom Kristall befindet sich das Saphir-Silizium-Plättchen, das die Lichtteilchen misst.
Ein Detektor des CRESST-Experiments: Der Kalziumwolframat-Kristall (heller Quader) sitzt in einem Kupfergehäuse. Auf seiner Oberfläche ist der H-förmige Temperatursensor angebracht. Rechts vom Kristall befindet sich das Saphir-Silizium-Plättchen, das die Lichtteilchen misst. (Foto: T. Dettlaff/MPP)

Diesen hauchdünnen Unterschied messen hochempfindliche Thermometer im Detektor. Zusätzlich erzeugen die Teilchen-Teilchen-Interaktionen Lichtblitze im Kristall. Die Lichtteilchen – auch Photonen genannt – werden von einem Sensor aus Saphir und Silizium gemessen. 

Das zweite Signal hat die wichtige Aufgabe zu identifizieren, welche Teilchenart die Reaktion ausgelöst hat. Damit lassen sich von Dunkler Materie verursachte Signale zuverlässig vom radioaktivem Untergrund unterscheiden.

Diese Technologie ist die Grundlage für einen der empfindlichsten Teilchendetektoren, die bisher gebaut wurden. Bei der Suche nach der Dunklen Materie können Physiker damit in bisher unerforschte Masse-Regionen vorstoßen. Diese Eigenschaften machen CRESST zum Top-Experiment für die Suche nach besonders leichten Dunkle-Materie-Teilchen.

Mit seiner Expertise in der Detektorentwicklung, Niedrigenergietechnologie und Datenanalyse nimmt das MPP im Forschungsverbund CRESST eine führende Rolle ein.

Weitere Informationen zur CRESST-Gruppe

Aktuelle Meldungen

12.06.2017

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29.03.2017

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28.09.2016

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...

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01.02.2016

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08.09.2015

Die Erde, Sterne und Galaxien bilden nur den sichtbaren Teil der Materie im Universum. Den weitaus größeren Teil nimmt die unsichtbare dunkle Materie ein. In zahlreichen Experimenten fahnden Wissenschaftler nach den Teilchen der dunklen Materie – bisher vergeblich. Mit dem CRESST-Experiment lässt...

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Angloher, Godehard, Dr.

Scientist 364

Bauer, Philipp

PhD Student 218

Ferreiro Iachellini, Nahuel

PhD Student 473

Hauff, Dieter

Scientist 266

Mancuso, Michele

Scientist 756

Petricca, Federica, Dr.

Scientist 309

Pröbst, Franz, Dr.

Scientist 270

Rothe, Johannes

Scientist 237

Strauss, Raimund, Dr.

Scientist 237

Tanzke, Anja

PhD Student 473

Wüstrich, Marc

PhD Student 218

Termine

Derzeit gibt es leider keine Termine.

Schlüsselpublikationen

Results on light dark matter particles with a low-threshold CRESST-II detector
G. Angloher et al. (CRESST Collaboration)
Eur. Phys. J. C 76, 25 (2016)

Limits on Momentum-Dependent Asymmetric Dark Matter with CRESST-II
G. Angloher et al. (CRESST Collaboration),
Phys. Rev. Lett. 117, 021303

Beta/gamma and alpha backgrounds in CRESST-II Phase 2
R. Strauss et al. (CRESST Collaboration)
J. Cosmol. Astropart. Phys. 06 (2015) 030

A detector module with highly efficient surface-alpha event rejection operated in CRESST-II Phase 2
R. Strauss et al. (CRESST Collaboration)
Eur. Phys. J. C (2015) 75:352

Results on low-mass WIMPs using an upgraded CRESST-II detector
G. Angloher et al. (CRESST Collaboration)
Eur. Phys. J. C 74, 3184 (2014)