Physiker wollen Dunkle Materie aus Axionen mit Lasern erzeugen
Mit ihrem Experiment wollen Dresdner Helmholtz-Forscher „nebenbei“ auch Quantenfluktuationen im Vakuum nachweisen
Dresden, 24. Juli 2024. Dresdner Physiker wollen mit starken Laserstrahlen dunkle Materie aus den – bisher nur theoretisch vorhergesagten – Axionen-Teilchen erzeugen. Das hat das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) angekündigt. Die Jagd nach dem Axion gilt in der weltweiten Forschergemeinde als ähnlich spannend wie seinerzeit die Suche nach dem Higgs-Boson, dass allen Dingen im Universum überhaupt erst Masse verleiht.
Hypothetische Axionen sollen Gewicht des Universums erklären
Nach dem Axion suchen die Physiker schon seit Jahrzehnten: Bisher nur theoretisch vorausgesagt, könnte seine Existenz zum Beispiel erklären, warum unser Universum offensichtlich schwerer ist, als es durch die sichtbaren Sterne, Planeten, Gasnebel und anderen Materieobjekte eigentlich sein sollte. Das Axion gilt daher als möglicher Baustein für die vermutete „Dunkle Materie“ im All. Anderseits könnten solche Teilchen auch die Basismodelle der Physiker über Teilchen und Kräfte im Universum so zurechtrücken, dass sie mit experimentell beobachteten Effekten wieder zusammenpassen. Insofern wäre ein Axion-Nachweis eine „Sensation“, betonen die HZDR-Forscher. Denn dieses bisher nur hypothetische Teilchen „könnte die uns bekannten Naturgesetze verändern“.
Superlaser und Röntgenlaser feuern auf einen Punkt
Um zumindest kurzlebige Axionen nachzuweisen, wollen die Dresdner Wissenschaftler mit Superlasern und einem starken Röntgenlaser drei Strahlen auf einen einzigen Punkt richten. Wenn sich die Licht- und Röntgenstrahlen aneinander streuen, dann könnten für kurze Zeit Axionen entstehen. Diese Teilchen würden dann zwar ganz schnell wieder in Licht zerfallen, würden aber Schwingungsrichtung (Polarisation) dieser Strahlen zuvor noch messbar verändern – so die Idee.
Forscher: Vakuum klingt nach nichts, aber das stimmt so nicht“
Dahinter stecke ein Quanteneffekt: die Polarisation des Vakuums, betonen die Physiker. „Vakuum klingt ja so, als wäre da gar nichts, aber das stimmt so nicht“, erklärt HZDR-Theoretiker Prof. Ralf Schützhold. „Durch die von der Quantenphysik vorhergesagten Fluktuationen wird das Vakuum zu einem polarisierbaren elektromagnetischen Medium.“ Das geplante Laser-Experiment könne diesen Effekt in einem bisher ungetesteten Bereich nachweisen – und gleichzeitig nach Axionen suchen. Denn im polarisierten Vakuum erfahre das Röntgenlicht eine Art Schubs und ändere dadurch seine Schwingungsrichtung. Sei diese Änderung stärker als vom Standardmodell vorhergesagt, wäre das „ein starker Hinweis, dass Axionen im Spiel sind“.
Parallelen zur Higgs-Jagd
Allerdings dürften die Experimente mühselig und langwierig werden, weil der konkrete Laboraufbau davon abhängt, wie schwer die Axionen sind – was man aber eben nicht weiß. „Wie beim Higgs-Teilchen gibt es theoretische Hinweise darauf, dass es das Axion geben könnte“, unterstreicht Prof. Schützhold. „Im Gegensatz zum Higgs-Teilchen ist aber völlig unklar, welche Masse es haben könnte. Es gibt zwar Ideen, aber die Spannweite der möglichen Massen ist riesig.“
Autor: hw
Quellen: HZDR, Oiger-Archiv, Wikipedia
Wissenschaftliche Publikation mit dem Experimental-Vorschlag:
„Searching for axion resonances in vacuum birefringence with three-beam collisions“ von S. Evans und R. Schützhold, in: „Physical Review D“, 2024, Fundstelle im Netz über DOI: 10.1103/PhysRevD.109.L091901
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