Welchen besseren Ort gibt es, um nach dunkler Materie zu suchen, als einen Minenschacht hinunter? Ein Forschungsteam der Universität von Florida hat neun Jahre lang mit Germanium- und Siliziumdetektoren, die auf einen Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sind, auf Anzeichen des schwer fassbaren Materials überwacht. Und das Ergebnis? Ein paar Maybes und eine grobe Entschlossenheit, weiter zu suchen.
Der Fall für dunkle Materie lässt sich anhand des Sonnensystems erkennen, in dem sich Merkur, um in der Umlaufbahn um die Sonne zu bleiben, mit 48 Kilometern pro Sekunde bewegen muss, während sich der entfernte Neptun mit gemächlichen 5 Kilometern pro Sekunde bewegen kann. Überraschenderweise gilt dieses Prinzip nicht in der Milchstraße oder in anderen von uns beobachteten Galaxien. Im Großen und Ganzen finden Sie Dinge in den äußeren Teilen einer Spiralgalaxie, die sich genauso schnell bewegen wie Dinge, die sich in der Nähe des galaktischen Zentrums befinden. Dies ist rätselhaft, zumal das System nicht genügend Schwerkraft zu haben scheint, um das schnell umlaufende Material in den äußeren Teilen festzuhalten - das einfach in den Weltraum fliegen sollte.
Wir brauchen also mehr Schwerkraft, um zu erklären, wie sich Galaxien drehen und zusammen bleiben - was bedeutet, dass wir mehr Masse benötigen, als wir beobachten können - und deshalb rufen wir dunkle Materie auf. Das Aufrufen von Dunkler Materie hilft auch zu erklären, warum Galaxienhaufen zusammenbleiben, und erklärt Gravitationslinseneffekte in großem Maßstab, wie sie im Bullet Cluster (siehe Abbildung oben) zu sehen sind.
Computermodelle legen nahe, dass Galaxien Halos aus dunkler Materie haben können, aber sie haben auch dunkle Materie, die über ihre Struktur verteilt ist - und zusammengenommen macht all diese dunkle Materie bis zu 90% der Gesamtmasse einer Galaxie aus.
Derzeit wird angenommen, dass ein kleiner Bestandteil der Dunklen Materie baryonisch ist, dh Material, das aus Protonen und Neutronen besteht - in Form von kaltem Gas sowie dichten, nicht strahlenden Objekten wie Schwarzen Löchern, Neutronensternen, Braunen Zwergen und verwaisten Planeten (traditionell bekannt als Massive Astrophysical Compact Halo Objects - oder MACHOs).
Es scheint jedoch nicht, dass es fast genug dunkle baryonische Materie gibt, um die umständlichen Auswirkungen der dunklen Materie zu erklären. Daher die Schlussfolgerung, dass die meiste dunkle Materie nicht baryonisch sein muss, in Form von schwach wechselwirkenden massiven Partikeln (oder WIMPs).
Folglich sind WIMPS bei allen Wellenlängen transparent und nicht reflektierend und tragen wahrscheinlich keine Ladung. Neutrinos, die im Überfluss aus den Fusionsreaktionen von Sternen hergestellt werden, würden gut passen, wenn sie nicht genug Masse haben. Der derzeit beliebteste WIMP-Kandidat ist ein Neutralino, ein hypothetisches Teilchen, das von der Supersymmetrietheorie vorhergesagt wird.
Das zweite Experiment zur Suche nach kryogener Dunkler Materie (CDMS II) läuft tief unter der Erde in der dortigen Eisenmine Soudan in Minnesota, sodass nur Partikel abgefangen werden sollten, die so tief in den Untergrund eindringen können. Die CDMS II-Festkristalldetektoren suchen nach Ionisations- und Phononenereignissen, mit denen zwischen Elektronenwechselwirkungen und Kernwechselwirkungen unterschieden werden kann. Es wird angenommen, dass ein WIMP-Teilchen der dunklen Materie Elektronen ignoriert, aber möglicherweise mit einem Kern interagiert (d. H. Abprallt).
Zwei mögliche Ereignisse wurden vom Team der Universität von Florida gemeldet, die anerkennen, dass ihre Ergebnisse nicht als statistisch signifikant angesehen werden können, aber zumindest einen gewissen Umfang und eine Richtung für die weitere Forschung geben können.
Indem angegeben wird, wie schwierig es ist, WIMPs direkt zu erkennen (d. H. Wie „dunkel“) WIMPs tatsächlich sind, zeigen die CDMS II-Ergebnisse, dass die Empfindlichkeit der Detektoren eine Stufe höher sein muss.
