Die Suche nach extrem leichten Teilchen, von denen man annimmt, dass sie die Bausteine der Dunklen Materie sind, ist im Gange.
Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) und gestützt auf die Expertise der Universität Cardiff hat das Experiment „Any Light Particle Search“ (ALPS II) gestartet.
ALPS II oder das Experiment „Licht scheint durch eine Wand“ erstreckt sich über eine Gesamtlänge von 250 Metern und zielt darauf ab, ein neues Elementarteilchen zu identifizieren.
Sollte sich herausstellen, dass das Teilchen existiert, würde das Teilchen laut dem Team Lösungen für eine ganze Reihe von Problemen liefern, die Physikern derzeit Rätsel aufgeben, darunter auch die Zusammensetzung der Dunklen Materie.
Aktuellen Berechnungen zufolge dürfte Dunkle Materie etwa fünfmal so häufig vorkommen wie normale Materie, die aus den Atomen besteht, aus denen Sterne, Planeten, Menschen und alle anderen sichtbaren Objekte im Universum bestehen.
Professor Hartmut Grote vom Gravity Exploration Institute an der School of Physics and Astronomy der Cardiff University und Teil des ALPS II-Forschungsteams sagte: „Wir haben unser Fachwissen und unsere Arbeit in den empfindlichen optischen Aufbau eingebracht, der hochmoderne Experimente wie ALPS II ermöglicht.“ möglich.
„Das ALPS II-Experiment nutzt viele der optischen Techniken, die auch für laserinterferometrische Gravitationswellendetektoren verwendet werden, die unser besonderes Fachgebiet sind. Der Einsatz solcher Techniken für noch ungelöste Rätsel der Grundlagenphysik ist Teil unseres ‚Quantum-Enhanced‘ Interferometry‘-Konsortium im Vereinigten Königreich, das unseren Beitrag zu ALPS II unterstützt hat.“
Mithilfe von 24 recycelten supraleitenden Magneten aus dem Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA), einem intensiven Laserstrahl, Präzisionswellenmesstechniken und hochempfindlichen Detektoren hoffen die Forscher, Axionen oder axionähnliche Teilchen herzustellen.
Es wird angenommen, dass solche Teilchen mit bekannten Materiearten nur äußerst schwach reagieren und daher in Experimenten mit Beschleunigern nicht nachgewiesen werden können.
ALPS will dieses Problem überwinden, indem es ein starkes Magnetfeld erzeugt, in dem Lichtteilchen in axionartige Teilchen umgewandelt werden können, bevor sie wieder in Licht umgewandelt werden.
Professorin Beate Heinemann, Direktorin für Teilchenphysik bei DESY, sagte: „Die Idee für ein Experiment wie ALPS gibt es schon seit über 30 Jahren.
„Durch die Nutzung von Komponenten und der Infrastruktur des ehemaligen HERA-Beschleunigers sowie modernster Technologien ist es uns nun erstmals möglich, ALPS II in einer internationalen Zusammenarbeit zu realisieren.“
Das ALPS-Experiment wurde ursprünglich vom DESY-Theoretiker Dr. Andreas Ringwald vorgeschlagen, der mit seinen Berechnungen zur Erweiterung des Standardmodells auch die theoretische Motivation für das Experiment untermauerte.
Dr. Ringwald fügte hinzu: „Experimentelle und theoretische Physiker haben für ALPS sehr eng zusammengearbeitet. Das Ergebnis ist ein Experiment, das ein einzigartiges Potenzial zur Entdeckung von Axionen hat, das wir vielleicht sogar für die Suche nach hochfrequenten Gravitationswellen nutzen könnten.“