Alternative zum WIMP-Paradigma: Neue Theorie zur Entstehung Dunkler Materie

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Die Verzerrung des Lichts einer entfernten Galaxie wird durch die Masse in einem Galaxienhaufen im Vordergrund erzeugt. Aus der Verzerrung lässt sich die Massenverteilung bestimmen, dabei tritt eine Diskrepanz zwischen beobachteter Materie und bestimmter Masse auf, wie sie Physiker mit “Dunkler Materie” erklären.

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Mainz (Deutschland) – Obwohl sie eigentlich alles das ausmacht, was wir wahrnehmen können, besteht unser Universum nur zu einem kleinen Teil aus dieser sichtbaren Materie. Der deutlich größere Teil ist für uns unsichtbar und Physiker erklären diesen Teil mit sogenannter “Dunklen Materie” und “Dunkler Energie”. Während über die Dunkle Energie noch extrem wenig bekannt ist, gibt es zur Existenz der Dunklen Materie zahlreiche Theorien und Experimente, die nach derzeit noch unbekannten Teilchen fahnden. Physiker haben nun einen neuen Vorschlag zur Entstehung von Dunkler Materie im frühen Universum abgelaufen sein könnte und stellen mit diesem Modell gleichzeitig das sog. WIMP-Paradigma in Frage, das derzeit von vielen Physikern als Erklärung favorisiert und mittels verschiedene Experimente verfolgt wird.

“Dunkle Materie durchdringt das gesamte Universum, formt Galaxien und die größten bekannten Strukturen im Kosmos”, erläutert die Pressemitteilung der Johannes-Gutenberg-Universität (JGU) in Mainz und führt dazu weiter aus: “Sie macht ungefähr 23 Prozent unseres Universums aus, während die für uns sichtbaren Teilchen, aus denen Sterne, Planeten und auch das Leben auf der Erde besteht, nur etwa vier Prozent beitragen. Derzeit wird angenommen, dass es sich bei der Dunklen Materie um ein kosmologisches Relikt handelt, das seit seiner Entstehung im Wesentlichen stabil geblieben ist.”

Genau diese Annahme haben die Forscher um die theoretischen Physiker Dr. Michael Baker und Prof. Dr. Joachim Kopp vom Institut für Physik der JGU auf den Prüfstand gestellt und zeigen in einem aktuell im Fachjournal “Physical Review Letters” (DOI: xxx) veröffentlichten Artikel, “dass Dunkle Materie zu Beginn des Universums instabil gewesen sein könnte.” Demnach wäre es dann genau diese Instabilität, die wiederum einen neuen Mechanismus darstellen würde, der die beobachtete Menge Dunkler Materie im Kosmos erklären könnte.

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Normalerweise wird die Stabilität Dunkler Materie mit einem Symmetrieprinzip erklärt. Dagegen erläutern die Mainzer Physiker nun, “dass das Universum auch durch eine Phase gegangen sein könnte, in der die Symmetrie gebrochen war. Dies würde einen Zerfall des hypothetischen Dunkle-Materie-Teilchens möglich machen. Während des elektroschwachen Phasenübergangs wurde die Symmetrie wieder hergestellt, die Dunkle Materie damit stabilisiert und ihr Vorkommen im All bis zum heutigen Tag fixiert.”

Die Theorie stellt damit Alternative zu der aktuell verbreiteten sog. WIMP-Theorie dar. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) dar, also zur Theorie über “schwach wechselwirkende massereiche Teilchen”, die von vielen als hoffnungsvolle Kandidaten bei der Suche nach den Bestandteilen der Dunklen Materie betrachtet werden und nach denen unter anderem in gut abgeschirmten Untergrunddetektoren gesucht wird.

Es sei allerdings gerade die in diesen Experimenten bislang vorherrschende Abwesenheit von überzeugenden Signalen, wie sie die Forscher um Kopp und Baker zur Suche nach Alternativen zum WIMP-Paradigma motivierte habe, erläutern diese.

“Der jetzt vorgestellte Mechanismus könnte auch in Verbindung zu dem offensichtlichen Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Kosmos gebracht (…GreWi berichtete) werden, wie auch zu Signalen, die bei den anstehenden Experimenten zu Gravitationswellen aufkommen”, so Baker und Kopp abschließend und geben in ihrem Artikel auch Hinweise zu den Aussichten, wie das neue Prinzip am Teilchenbeschleuniger LHC und anderen Einrichtungen nachgewiesen werden könnte.

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