Internationale Forscher, darunter Wissenschaftler von der Universität Zürich und dem Massachusetts Institute of Technology, haben bemerkenswerte Fortschritte in der Detektion von Dunkler Materie erzielt. Laut einer kürzlich veröffentlichten Erklärung der Hebräischen Universität Jerusalem wurde ein neues Verfahren entwickelt, das vielversprechende Ansätze zur Erkennung von niedrigmassiger Dunkler Materie bieten könnte.

Dunkle Materie bleibt eine große Herausforderung in der modernen Physik, da diese unsichtbare Substanz aufgrund ihrer fehlenden Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Kraft nicht direkt nachweisbar ist. Sie emittiert, reflektiert oder absorbiert kein Licht, was ihre Beobachtung mit traditionellen Mitteln nahezu unmöglich macht.

Im Rahmen des Experiments QROCODILE, was für Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy steht, haben die Forscher supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren entwickelt. Diese Detektoren nutzen supraleitende Nanodrähte, die gleichzeitig als Material für Kollisionen mit Dunkler Materie und als Sensor zur Erfassung der Energie aus diesen Kollisionen fungieren.

Die Detektoren können auf extrem niedrige Temperaturen von lediglich 0,1 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, was eine entscheidende Voraussetzung für ihre Funktionsweise darstellt. Der absolute Nullpunkt ist die theoretisch niedrigste Temperatur, bei der die Bewegungen der Atome und Moleküle minimal sind.

Im supraleitenden Zustand bilden Elektronen Paare, bekannt als Cooper-Paare. Wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen mit einer geringen Energiemenge auf einen der Nanodrähte trifft und ein solches Paar bricht, wird die resultierende Störung in Form eines messbaren elektrischen Impulses registriert. Dies stellt ein Schlüsselprinzip für die Funktionsweise des Detektors dar.

Die Idee ist, dass nur sehr wenig Energie benötigt wird, um ein Cooper-Paar zu brechen, was den Detektor in die Lage versetzt, nach Kandidaten für schwache Dunkle Materie mit niedriger Masse zu suchen. Der Detektor befindet sich jedoch noch in der frühen Phase, in der die Tragfähigkeit seines Konzepts nachgewiesen wird.

Bisher wurde der Detektor noch nicht für die eigentliche Suche nach Dunkler Materie eingesetzt. Während eines intensiven Testlaufs, der über 400 Stunden dauerte, konnte das System jedoch neue Maßstäbe setzen, was die Energieschwellenwerte für Dunkelkammerdetektoren betrifft und erbrachte wichtige Erkenntnisse über das Verhalten leichter Dunklemateriepartikel.

Die Forscher planen, die Empfindlichkeit des Detektors weiter zu optimieren und das Experiment in ein unterirdisches Labor zu verlegen. Dieser Schritt soll dazu beitragen, das Hintergrundrauschen signifikant zu reduzieren und somit die Detektionsmöglichkeiten zu verbessern. Ein größeres Folgeexperiment mit dem Namen NILE QROCODILE ist bereits in Vorbereitung und könnte weitere bahnbrechende Ergebnisse liefern.