Physiker schlossen potenzielles Versteck der Dunklen Materie aus

11. Juni 2019 - 9:59

Dunkle Materie gilt als mögliche Erklärung für eine seit Jahren gemessene Diskrepanz beim Zerfall von Neutronen. Forscher der Technischen Universität (TU) Wien fanden nun aber keine Anzeichen dafür. Sie haben 95 Prozent jenes Energiebereichs beim Neutronenzerfall ausgeschlossen, in dem sich die Dunkle Materie theoretisch verstecken könnte, berichten sie im Fachjournal "Physical Review Letters".

Ein Neutron (links) kann spontan in ein Proton (oben rechts) zerfallen
Ein Neutron (links) kann spontan in ein Proton (oben rechts) zerfallen

Die Dunkle Materie gehört zu den großen Rätseln der modernen Physik. Sie soll rund 80 Prozent der gesamten Masse im Universum ausmachen, wurde aber noch nie direkt beobachtet. Bemerkbar macht sie sich nur anhand ihrer Gravitationswirkung etwa auf die Bewegung von Sternen in Galaxien.

Fieberhaft wird daher nach möglichen "Verstecken" der Dunklen Materie gesucht - etwa bei einer beobachteten Messdiskrepanz beim Neutronenzerfall: Demnach liefern zwei unterschiedliche Arten, die Lebensdauer von Neutronen zu messen, deutlich unterschiedliche Ergebnisse. Vermutet wurde deshalb, dass manche Neutronen in Dunkle Materie zerfallen, also in unbekannte Teilchen, die man bisher nicht nachweisen kann.

Zwei Messmethoden für Lebensdauer freier Neutronen

Im Atomkern bleiben Neutronen üblicherweise stabil. Ohne Bindung an andere Teilchen zerfallen sie nach einigen Minuten in Protonen, Elektronen und Neutrinos. Die mittlere Lebensdauer solcher freier Neutronen lässt sich auf zwei Arten messen: "Entweder man versucht, die Neutronen festzuhalten und zählt nach einer Weile, wie viele von ihnen noch da sind. Oder man hält nach den Zerfallsprodukten Ausschau und zählt die Anzahl der Zerfälle", erklärte Hartmut Abele vom Atominstitut der TU Wien in einer Aussendung.

Die Ergebnisse der beiden Methoden stimmen allerdings nicht überein: Mit der einen Art misst man eine mittlere Lebensdauer von 879 Sekunden, mit der anderen 888 Sekunden. Die Differenz könnte man mit einer zusätzlichen, bisher unbekannten Art des Neutronenzerfalls erklären.

Abele und sein Team haben große Datenmengen von hochpräzisen Neutronenexperimenten neu analysiert und zusätzliche Experimente durchgeführt - auf Dunkle Materie stießen sie dabei allerdings nicht. Sie konnten dabei 95 Prozent des Energiebereichs, in dem sich die Dunkle Materie theoretisch verstecken könnte, definitiv ausschließen. "Damit erscheint diese Theorie nun äußerst unplausibel. Viel wahrscheinlicher ist, dass die Diskrepanzen zwischen unterschiedlichen Messmethoden der Neutronen-Lebensdauer auf systematische Fehler zurückzuführen sind, die man bisher falsch eingeschätzt hat", so Abele.

Service: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.222503

(APA/red, Foto: APA/TU Wien)


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