Tief unter den Black Hills von South Dakota, in der Sanford Underground Research Facility (SURF), einem innovativen und einzigartig empfindlichen Detektor für Dunkle Materie, hat das LUX-ZEPLIN (LZ) Experiment unter der Leitung des Lawrence Berkeley National Laboratory eine Testphase durchlaufen den Betrieb aufnehmen und erste Ergebnisse erhalten.
Forscher berichten vom Beginn einer vollwertigen wissenschaftlichen Arbeit. Die ersten wissenschaftlichen Daten, die in einem Artikel auf der LZ-Experiment-Website veröffentlicht wurden, zeigten, dass alle Einstellungen korrekt vorgenommen wurden. Das Gerät ist bereit, nach dunkler Materie zu suchen.
LUX-ZEPLIN befindet sich mehr als 1,5 km tief im Sanford Underground Research Center in South Dakota. Das Experiment ist darauf ausgelegt, Wimps zu erfassen, hypothetische, schwach wechselwirkende massive Teilchen. Die Platzierung der Sensoren im Untergrund sollte sie vor kosmischer Strahlung schützen, die Signale der Dunklen Materie übertönen kann.
Die Basis des Detektors bilden zwei ineinander verschachtelte Titantanks, die etwa 10 Tonnen sehr reines flüssiges Xenon enthalten. Sie werden mit Photomultipliern (PEMs) betrachtet, die in der Lage sind, schwache Lichtquellen zu erkennen. Gasbehälter werden in einem größeren Detektorsystem platziert, um Partikel zu fangen, die ein Signal dunkler Materie nachahmen können.
Kollisionen von Teilchen in Xenon verursachen sichtbares Flackern oder Lichtblitze, die von FEP registriert werden, erklären die Wissenschaftler. Darüber hinaus schlagen solche Wechselwirkungen auch Elektronen aus den Xenonatomen heraus, wodurch sie unter dem Einfluss des elektrischen Felds an die Oberseite der Kammer driften. Dort werden sie einen weiteren Blitz erzeugen, der eine Rekonstruktion des räumlichen Geschehens ermöglicht. Forscher analysieren Szintillationseigenschaften (kurzlebige Lumineszenz), um die Arten von Partikeln zu bestimmen, die in Xenon interagieren.
Unsichtbar, weil sie kein Licht emittiert, absorbiert oder streut, ist dunkle Materie von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis des Universums. Beispielsweise bestimmt das Vorhandensein von Dunkler Materie, die schätzungsweise etwa 85 % der Gesamtmasse des Universums ausmacht, die Form und Bewegung von Galaxien.
Bisher ist es noch niemandem gelungen, Teilchen der Dunklen Materie zu finden. Die Forscher glauben, dass der neue Detektor, der zum empfindlichsten der Welt geworden ist, zur Lösung dieses Problems beitragen wird. „Wir planen, in den kommenden Jahren etwa 20-mal mehr Daten zu sammeln, also fangen wir gerade erst an. Wir haben viel Wissenschaft zu tun, und das ist sehr interessant!“, sagte Hugh Lippincott, Forscher an der University of California in Santa Barbara und Teilnehmer am LZ-Experiment.
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