Es dauert etwa eine halbe Stunde, um zum Stawell Underground Physics Laboratory zu gelangen. Dreißig Minuten mögen sich nicht nach einer langen Zeit anhören, aber das ist eine halbe Stunde, die man damit verbringt, in einem Lastwagen nach unten zu stürzen, während er sich seinen Weg tiefer in die pechschwarzen Tunnel der Stawell Gold Mine bahnt.
Professor Elisabetta Barberio ist unbeeindruckt. Der Physiker der University of Melbourne und Direktor des Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics hat viele Male die Reise unter einen Kilometer Gestein unternommen.
„Es wird heißer und feuchter“, sagt sie, während die Scheinwerfer des Lastwagens eine weitere steile Felswand beleuchten, die sich in die Dunkelheit windet, „aber das Labor hat eine Klimaanlage.“
Das Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL) ist das einzige unterirdische Physiklabor in der südlichen Hemisphäre und sein Ziel ist es, eine der grundlegenden Fragen zu unserem Universum zu beantworten – existiert dunkle Materie?
Im Moment ist die Existenz der Teilchen der Dunklen Materie trotz jahrzehntelanger Forschung theoretisch – aber die Art und Weise, wie sich unser Universum verhält, sagt uns, dass dort etwas sein muss.
Ohne sie könnte das Universum, wie wir es kennen, überhaupt nicht existieren.
Laut Professor Barberio können wir nur etwa fünf Prozent des gesamten Universums wirklich beobachten; der Rest besteht zum Teil aus dunkler Materie – unsichtbare Elementarteilchen, die den größten Teil der Materie ausmachen, keine elektrische Ladung haben, kein Licht erzeugen und kaum mit allem, was wir sehen, interagieren.
SUPL ist das einzige unterirdische Physiklabor der südlichen Hemisphäre. Bildnachweis: hyperbeamtv/Universität Melbourne
„Egal wo wir uns auf der Erde befinden – unterirdisch oder oberirdisch – wir haben Tausende, wenn nicht Millionen von Partikeln der Dunklen Materie, die uns durchdringen, und sie tun uns nichts. Für diese Partikel sind wir transparent“, sagt Professor Barberio.
Aber warum befindet sich das Labor am Grund einer Goldmine?
„Die Erforschung der Dunklen Materie muss so tief unter der Erde stattfinden, um das kosmische ‚Rauschen‘ und die Strahlung auszuschalten. Kosmische Strahlung wird von Gestein absorbiert, wenn Sie also tief genug gehen, können Sie diese auf fast Null reduzieren“, sagt Professor Barberio.
Italienische Wissenschaftler, die am DAMA/LIBRA-Projekt arbeiten, behaupten, dunkle Materie im unterirdischen Labor Gran Sasso entdeckt zu haben, das sich in einem Berg befindet, aber das Signal, das sie entdeckt haben, schwankt das ganze Jahr über entsprechend den Jahreszeiten der Erde.
„Während sich die Erde um die Sonne dreht, werden Teilchen der Dunklen Materie durch Gegen- oder Rückenwind auf uns zugeblasen. Bei Gegenwind gibt es mehr Dunkle Materie – bei Rückenwind weniger“, sagt Professor Barberio.
Und deshalb gibt es das SUPL-Labor auf der Südhalbkugel, wo die italienischen Tests repliziert und saisonale Schwankungen ausgeschlossen werden können.
Das Labor selbst sieht ein bisschen aus wie das unterirdische Versteck eines Bond-Bösewichts. Professor Barberio stimmt zu.
„Das ist alles Teil meines geheimen Plans, die Weltherrschaft an sich zu reißen.“ Sie bringt das böse Lachen nicht ganz zustande.
Das Hauptexperiment, das in das unterirdische Labor geht, ist als Natriumiodid-Experiment mit aktiver Hintergrundunterdrückung Süd (oder kurz SABRE Süd) bekannt.
Das Gerät zum Nachweis dunkler Materie wird fast ein Drittel des vollständig sterilen Labors einnehmen, das 33 Meter lang und 10 Meter breit ist und eine 14 Meter hohe Decke hat.
Es wird sieben ultrareine Natriumjodidkristalle verwenden, die in Zylindern untergebracht und in Kupfer eingewickelt sind, mit zwei sehr empfindlichen Instrumenten, sogenannten Photomultipliern, an jedem Ende.
Diese sieben Kristalle, die in den Vereinigten Staaten und China gezüchtet werden, werden dann in einem strahlengeschützten Tank untergebracht, der mit etwa 12 Tonnen einer Flüssigkeit namens Benzol gefüllt ist.
„Wenn die Teilchen der Dunklen Materie mit dem Kristall interagieren, entsteht ein Lichtblitz, der von den Photomultipliern aufgenommen wird“, sagt Professor Barberio.
„Viele Experimente haben es mit vielen verschiedenen Elementen versucht, aber es war das DAMA/LIBRA-Experiment in Italien, bei dem Natriumjodidkristall verwendet wurde, das dieses Licht durch Wechselwirkungen mit dunkler Materie erzeugte.“
Und es sind die Eigenschaften des Natriumjodids, die es so empfindlich machen.
„Dunkle Materie interagiert mit dem Kern des Kristalls, daher ist die Masse des Kerns wichtig. Abhängig von der Masse der Dunklen Materie haben verschiedene Materialien eine unterschiedliche Empfindlichkeit.
„Wenn also die dunkle Materie eine große Masse ist, wird ein Kern mit einer großen Masse empfindlicher sein.“
An diesem Punkt bemerkt Professor Barberio mein leeres Gesicht.
„Denken Sie an eine Billardkugel. Wenn Sie eine große Billardkugel haben und dunkle Materie eine viel kleinere Billardkugel ist, können Sie die große Kugel nicht bewegen – also werden Sie kein Signal erzeugen. Aber wenn Ihre dunkle Materie Billardkugel ist riesig, sie wird einfach alles zerquetschen.
„Du brauchst zwei Billardkugeln – oder Kerne – die gleich groß sind, dann bekommst du ein klares Signal.“
SABRE wird Daten für die nächsten drei Jahre oder so sammeln. Zum Kontext: Italiens DAMA/LIBRA-Projekt sammelt seit mehr als zwanzig Jahren Daten.
„Es ist ein schwer zu reproduzierendes Experiment, es ist so empfindlich.
„Wir müssen nur ‚ja‘ oder ‚nein‘ sagen können, ob wir das gleiche Signal wie Italien gesehen haben, damit es nicht so lange dauert.
„Aber wenn ja – oh Gott.“
Inzwischen gibt es fünf weitere Experimente, die versuchen, die Ergebnisse der italienischen Forschung zu verifizieren – in Spanien, Korea, Japan, Österreich und den USA. Dadurch fühlt es sich wie ein Wettlauf an, die Existenz dunkler Materie zu beweisen.
Aber mit dem einzigen Detektor für dunkle Materie in der südlichen Hemisphäre hat das Forschungsteam von Stawell – bestehend aus Wissenschaftlern der Swinburne University of Technology, der Adelaide University, der Australian National University, der University of Sydney und der Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) , sowie die University of Melbourne – sitzt an der Loge, um die größte Entdeckung des Jahrhunderts zu machen.
Professor Barberio sieht empört aus, als ich das sage, und lacht dann.
„Nicht nur dieses Jahrhundert – es wird eine der größten Entdeckungen aller Zeiten sein – herauszufinden, woraus das Universum besteht.“