Neutralinos - „Selbstmörder“ aus dem Kosmos

Kategorie: Mensch und Kosmos
Von: Fosar/Bludorf

Erste Aufnahmen der Dunkelmaterie. © NASA, ESA und R. Massey (California Institute of Technology), 2007.

Zwei supersymmetrische Neutralinos vernichten sich gegenseitig, und die entstehende Energie wechselwirkt anschließend mit klassischer Materie (Quarks, Leptonen und Bosonen). Diese Prozesse und ihre Zerfallsprodukte können von physikalischen Detektoren gemessen und beobachtet werden. (Bild: The Astronomist 2010)

Der Name klingt irgendwie nach Urlaub in Italien, Mondschein und Mandolinen, doch in Wahrheit geht es um ein ganz großes Geheimnis des Universums – die rätselhafte Dunkle Materie. Seit Langem schon weiß die Wissenschaft, dass es sie geben muss, und das sogar in rauhen Mengen. Nur 5 % des Universums bestehen nach neueren Berechnungen aus gewöhnlicher Materie, wie wir sie kennen – Protonen, Elektronen, Neutronen, die Atome aufbauen, sowie der ganze restliche bekannte Teilchenzoo inklusive der berühmten Higgs-Bosonen, die ja auch mit ihren Möchtegern- Entdeckern gern Versteck spielen. Etwa 27 %, so schätzt man, bestehen aus Dunkler Materie, und der große Rest, etwa 68 %, aus Dunkler Energie.

In der Theorie ist das alles schon relativ gut durchdacht und durchgerechnet, und man hat einigen hypothetischen Teilchen der Dunklen Materie sogar schon Namen gegeben. Eines von ihnen wurde „Neutralino“ genannt. Nur gesehen hat es noch keiner. Die Dunkle Materie ist nicht für umsonst „dunkel“. Sie ist ohne Zweifel vorhanden, aber die Teilchen, aus denen sie besteht, tragen weder elektrische Ladung noch emittieren sie Licht (daher „dunkel“). Selbst über die Gravitation wechselwirken sie kaum mit unserer klassischen Materie. Man bezeichnet sie daher auch als WIMP (weakly interacting material particle). Damit hat man den Physikern im Grunde jede Chance geraubt, Experimente zu erdenken, mit denen man ihre Anwesenheit nachweisen könnte. Trotzdem lässt sich die Dunkelmaterie ab und zu flüchtig mal blicken. Vor einigen Jahren gelang es, durch Überlagerung von Himmelsaufnahmen, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen erstellt wurden, Wolken Dunkler Materie sichtbar zu machen. Die faszinierenden Fotos waren in der Matrix3000 Band 39 zu bewundern (siehe auch Bild oben). Jetzt hat der Detektor AMS an Bord der Internationalen Raumstation ISS erstmals die Existenz der Neutralinos tatsächlich nachgewiesen.

Die Aufgabe von AMS ist im Grunde alltäglich bis langweilig. Er zählt einfallende Elektronen und Positronen in der kosmischen Strahlung. Letztere sind die positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen, gehören also zur Antimaterie, und damit gibt es – im Gegensatz zu den Elektronen – von ihnen nur ganz wenige, denn sobald ein Positron einem Elektron begegnet, zerstrahlen sie sich gegenseitig zu Energie. Nun zeigten die Messdaten von AMS, dass der Anteil der Positronen bei steigender Energie ab etwa 8 GeV (Giga- Elektronenvolt) steil ansteigt, bei 275 GeV ein Maximum erreicht und dann wieder abnimmt. Nach den bekannten Modellen der Physik dürfte das nicht sein. Es muss also eine bislang unbekannte Quelle geben, die die zusätzlichen Positronen erzeugt.

Bei dieser Quelle handelt es sich offenbar um die Neutralinos. Wie man aus Berechnungen weiß, sind diese bizarren Teilchen der Dunklen Materie „Selbstvernichter“. Das heißt, sie löschen sich gegenseitig aus, wenn sie auf einen Artgenossen (nicht auf ein Antiteilchen) treffen. Sie zerstrahlen sich dann wiederum gegenseitig zu Energie, wobei Elektron-Positron- Paare entstehen. Offenbar ist die Energie der kosmischen Strahlung dafür ein Auslöser, da die Neutralinos als typische „Dunkelmänner“ von sich aus nur schwach wechselwirken. Wäre es anders, würde es sie schon längst nicht mehr geben, geschweige denn in so großer Zahl.

Hochenergetische kosmische Strahlung birgt noch viele faszinierende ungelöste Rätsel (auch in der Neutrino-Forschung).

Mehr hierüber bei Fosar/Bludorf: Der Denver-Plan.