Das CRESST-Experiment – Suche nach Dunkler Materie

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 interagiert - 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 Wissenschaftler*innen 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

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

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 radioaktiven 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.

CRESST am MPP

E-Mail-Adresse: E-Mail@mpp.mpg.de
Telefonnummer: +49 89 32354-Durchwahl
Name Funktion E-Mail Durchwahl Büro
Banerjee, Heerak Postdoc banerjee 473 A.1.59
Bento, Antonio, Dr. Senior Scientist bento 309 A.1.49
Bertolini, Anna PhD Student anbertol 327 A.1.59
Di Lorenzo, Stefano, Dr. Postdoc sdilo 316 A.1.55
Dominsky, Felix PhD Student dominsky 569 A.1.59
Fuchs, Dominik PhD Student fuchsdom 327 A.1.59
Garai, Abhijit, Dr. Postdoc garai 270 A.1.51
Hauff, Dieter Senior Scientist hauff 266 A.1.55
Langenkämper, Alexander, Dr. Postdoc langenk 270 A.1.51
Mancuso, Michele, Dr. Senior Scientist mancuso 756 A.1.55
Mauri, Beatrice, Dr. Postdoc bmauri 352 A.1.57
Petricca, Federica, Dr. Senior Scientist petricca 309 A.1.53
Pröbst, Franz, Dr. Senior Scientist proebst 270 A.1.51
Pucci, Francesca PhD Student frapucci 218 A.1.57
Werner, Diana Secretary dwerner 364 A.2.43
Zanirato, Marco Maria Student zanirato 473 A.1.49

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R. Strauss et al. (CRESST Collaboration)
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G. Angloher et al. (CRESST Collaboration)
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