Durchbruch im Dunkle-Materie-Experiment: Münsteraner Technik im Einsatz!

Durchbruch im Dunkle-Materie-Experiment: Münsteraner Technik im Einsatz!

Die Herausforderungen der modernen Physik sind vielfältig, doch die Suche nach Dunkler Materie zählt zu den größten. Dunkle Materie macht etwa 85 Prozent der Materie im Universum aus, blieb jedoch bisher ohne direkten Nachweis. Um jedoch die hypothetischen Teilchen zu finden, die für Dunkle Materie verantwortlich sein könnten, sind hochmoderne Technologien nötig. Die Universität Münster hat in diesem Kontext eine bemerkenswerte Entwicklung vorzuweisen: eine Destillationsanlage, die im Dunkle-Materie-Experiment „XENONnT“ im Gran-Sasso-Untergrundlabor in Italien eingesetzt wird. Wie die Universität Münster berichtet, wird mit dieser Technik das Ziel verfolgt, extrem seltene Teilchenwechselwirkungen nachzuweisen, die Aufschluss über die Natur der Dunklen Materie geben könnten.

Im Zentrum dieser innovative Technik steht die Reduzierung von Radon-Radioaktivität. Radon ist ein radioaktives Gas, das unerwünschte Störsignale in Detektoren erzeugt und somit die Messung der gesuchten Signale erschwert. Um dem entgegenzuwirken, hat ein Team um Prof. Dr. Christian Weinheimer von der Universität Münster ein kryogenes Destillationssystem entwickelt, das die Radon-Konzentration in dem Detektor auf spektakuläre 430 Radon-Atome pro Tonne flüssigem Xenon reduziert. Dieser Wert ist eine Milliarde Mal niedriger als die natürliche Radioaktivität des menschlichen Körpers, was die Qualität der Messungen erheblich verbessert. Laut MS-Aktuell sind die durch Radon verursachten Störsignale nun so selten, dass sie mit den Störungen durch Neutrinos aus der Sonne vergleichbar sind.

Technologische Durchbrüche und internationale Kooperation

Die Struktur des XENONnT-Detektors wurde optimiert, um eine exzellente Reinheit des verwendeten flüssigen Xenons sicherzustellen. Der Detektor arbeitet bei etwa minus 95 Grad Celsius und enthält 8,5 Tonnen Xenon. Die Verwendung ultrareiner Materialien trägt erheblich zur Reduzierung der Störsignale bei, was diesem Projekt zu einem Vorreiter in der Dunkle-Materie-Forschung macht. Zugleich eröffnet die entwickelte Technik neue Perspektiven für größere, empfindlichere Detektoren, wie das geplante Flüssigxenon-Observatorium XLZD, das mit einer zehnmal größeren Menge Xenon arbeiten soll. Diese Meilensteine in der Technik wurden durch internationale Kooperationen gefördert, in denen auch deutsche Forschungseinrichtungen eine Rolle spielen. Die Forschung erhält Unterstützung vom Europäischen Forschungsrat (ERC) sowie dem Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt.

Zusätzlich zur Hardware-Entwicklung werden auch Software-Lösungen zur Kontrolle unerwünschter Hintergrundgeräusche in den Experimenten untersucht. Forscher arbeiten an Algorithmen, die Radonereignisse identifizieren und damit die Datenintegrität wahren können. Während das XENON1T-Experiment erste Erfolge in dieser Richtung verzeichnen kann, wie in einem Artikel über Radon-Hintergründe erwähnt, wird das nachfolgende XENONnT-Experiment aufgrund seiner Verbesserungen am Detektordesign noch effizienter in der Reduzierung von Radon-Gas sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fortschritte bei der Reduktion von Radon-Störungen im XENONnT-Experiment nicht nur die Messgenauigkeit erhöhen, sondern auch die Grundlagen für zukünftige Durchbrüche in der Erforschung der Dunklen Materie legen. Mit den neuen technischen Lösungen rücken Wissenschaftler der Universität Münster einem besserem Verständnis des Universums einen bedeutenden Schritt näher.