Physik-Experiment in den USA: Haben Forscher erstmals die Existenz Dunkler Materie nachgewiesen?
Das ist der Tank des LUX-ZEPLIN-Experiments im US-Bundesstaat South Dakota. Er ist mit zehn Tonnen des Edelgases Xenon gefüllt.
Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility- LUX-ZEPLIN registriert ein einzelnes, rätselhaftes Signal – möglicher Hinweis auf Dunkle Materie.
- Die Kollaboration betont: keine Entdeckung, da die statistische Schwelle nicht erreicht ist.
- Der Detektor mit rund 10 Tonnen Xenon steht 1,6 Kilometer tief in South Dakota.
- Analysiert wurden 220 Tage Daten zwischen März 2023 und April 2024, Hintergrund kaum erklärend.
- Weitere Daten und unabhängige Experimente sollen klären, ob sich der Befund bestätigt.
Die Zusammenfassung wurde durch künstliche Intelligenz erstellt.
Seit fast einem Jahrhundert erforschen Wissenschaftler Dunkle Materie. Diese unsichtbare Substanz macht etwa 85 Prozent der gesamten Materie im Universum aus. Bisher konnte jedoch noch nie direkt ein Teilchen nachgewiesen werden.
„Bislang überzeugendster Hinweis auf Dunkle Materie“
Nun scheint man der Dunklen Materie einen Schritt näher gekommen zu sein. Denn das internationale LUX-ZEPLIN-Experiment (LZ) in den USA hat eine Wechselwirkung eines einzelnen Teilchens aufgezeichnet, welches sich durch kein bisher bekanntes Phänomen erklären lässt.
„Das Ergebnis erreicht zwar noch nicht die statistische Schwelle, die für die Bekanntgabe einer Entdeckung erforderlich ist, stellt jedoch den bislang überzeugendsten Hinweis auf Dunkle Materie dar“, heißt es in der Medienmitteilung des LZ-Konsortiums, die an diesem 1. September 2026 veröffentlicht worden ist. Die Lux-Zeplin-Forschungskollaboration präsentierte den Fund am Dienstag (1. September) auf einer Fachkonferenz in Japan.
Eines der großen Rätsel der Physik
Die Dunkle Materie gehört zu den größten Rätseln der modernen Physik. Sie ist nicht sichtbar und wurde noch nie direkt beobachtet. Allerdings wissen die Forscher, dass sie da ist. Denn sie macht sich über ihre Schwerkraft bemerkbar. Ohne die zusätzliche Schwerkraft der Dunklen Materie würden beispielsweise viele Galaxien durch die Fliehkraft auseinandergerissen werden, da sie sich viel zu schnell drehen.
Einen extrem großen Anteil am Universum haben zwei Phänomene, über die man bislang so gut wie nichts weiß: Dunkle Materie und Dunkle Energie. Alle Sterne in unserer Galaxie, der Milchstraße, zusammengenommen machen nur nur etwa 15 Prozent der (sichtbaren) Masse aus. Der Rest – rund 85 Prozent – ist Dunkle Materie.
Schwierige Suche nach dem Unbekannten
Dass es Dunkle Materie gibt, dafür sprechen zahlreiche Beobachtungen im Universum. Unter anderem bewegen sich Sterne in Galaxien und Galaxien in Galaxienhaufen anders, als es allein aufgrund der sichtbaren Materie zu erwarten wäre. Forscher gehen deshalb davon aus, dass dort eine zusätzliche, unsichtbare Masse wirkt.
Doch sie lässt sich nicht direkt beobachten. Dunkle Materie sendet kein Licht aus und wirkt nicht wechselseitig mit gewöhnlicher Materie. Genau das macht ihre Suche so schwierig. Anlagen wie das LUX-ZEPLIN-Experiment versuchen deshalb, die seltenen Wechselwirkungen der Dunklen Materie mit normaler Materie aufzuspüren.
LUX-Zeplin-Experiment
- Das LUX-ZEPLIN-Experiment entstand im Jahr 2012 und ist eine internationale Kooperation von 250 Wissenschaftlern und Ingenieuren aus 39 weltweiten Institutionen. Der Detektor wird vom Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums betrieben.
- Er befindet sich in einem ehemaligen Goldminenstollen rund 1,6 Kilometer unter der Erde in der Sanford Underground Research Facility (Surf) im US-Bundesstaat South Dakota. Das Experiment nutzt rund 10 Tonnen hochreines flüssiges Xenon zur Suche nach Dunkler Materie. Das Edelgas Xenon ist das seltenste nicht-radioaktive Element auf der Erde und kommt nur in geringen Mengen in der Atmosphäre vor.
- Mit dem Lux-Zeplin-Detektor fahnden Forscher nach schwach wechselwirkenden massiven Elentarteilchen, den sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Es handelt sich dabei um hypothetische Teilchen, die als mögliche Kandidaten für Dunkle Materie gelten.
Nur eine einzige Wechselwirkung eines Einzelteilchens
Eine neue Analyse des LUX-ZEPLIN-Experiments hat nun eine einzige Wechselwirkung eines Einzelteilchens aufgezeichnet, die sich von Forschern nur schwer mit den bekannten Hintergrundsignalen normaler Materie erklären lässt.
„Wir behaupten nicht, Dunkle Materie nachgewiesen zu haben“, sagt Rick Gaitskell, Physiker an der Brown University und Sprecher der Kollaboration. „Wir sind sehr gespannt auf dieses Ereignis in den Daten, insbesondere in dem Bereich, in dem wir Dunkle Materie erwarten und die Hintergrundstrahlung sehr gering ist“, so Gaitskel weiter.
„Angesichts des einzelnen Ereignisses wollen wir nicht voreilig Schlüsse ziehen. Wir behaupten nicht, Dunkle Materie nachgewiesen zu haben. Aber wir haben etwas Interessantes entdeckt, das wir der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Diskussion stellen möchten“, resümiert Gaitskell.
Erste Entdeckung von Dunkler Materie?
In der neuen Studie analysierten die Forscher 220 Tage an Messdaten, die zwischen März 2023 und April 2024 gesammelt wurden.
Sam Eriksen, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bristol in Großbritannien und Hauptautor der Studie, erklärt: „Wir verstehen unseren Detektor und die Hintergrundprozesse so gut, dass selbst ein einzelnes herausragendes Ereignis, wie das von uns gefundene, von Bedeutung ist. Wir gehen davon aus, dass Dunkle-Materie-Ereignisse extrem selten sind, sodass nur wenige die erste Entdeckung von WIMP-Dunkler Materie markieren könnten.“
Mithilfe zusätzlicher Daten können die Forscher nun überprüfen, ob die Bedeutung des Befundes weiter zunimmt oder abnimmt. LZ hat bereits den weltweit größten Datensatz zur Dunklen Materie.
„Haben wir etwas übersehen?“
„Ausreißer in den Daten sind nicht unerwartet, aber bei genauerer Betrachtung fallen sie meist als eine Art Hintergrundrauschen auf“, erläutert Aaron Manalaysay, Physiker am Berkeley Lab.
„Dies ist das erste Beispiel in einem Experiment, an dem ich mitgearbeitet habe, bei dem ein Ausreißer in jeder Hinsicht plausibel erscheint“, so Manalaysay weiter. „Natürlich grübeln wir noch, ob es einen seltenen Hintergrundmechanismus gibt, den wir übersehen haben könnten, aber es ist spannend, sich vorzustellen, dass dies der erste Hinweis auf die Beobachtung Dunkler Materie sein könnte.“
„Sollte sich durch weitere Beobachtungen und unabhängige Folgeexperimente bestätigen, dass dieses Ereignis tatsächlich von Dunkler Materie verursacht wurde, wäre dies zweifellos einer der größten Durchbrüche der modernen Teilchenphysik“, erklärt der am Experiment beteiligte Forscher der Universität Zürich, Björn Penning.