FAN-Anlass November 2019

UZH-Professorin Laura Baudis ist der geheimnisvollen Materie auf der Spur. Die Experimentalphysikerin zählt zu den weltweit führenden Forscherinnen und Forschern auf ihrem Gebiet. Am FAN-Anlass vom 20. November gab sie unter dem Titel 

«Die verborgene Seite des Universums – auf der Suche nach Dunkler Materie»

Einblick in das grosse Rätsel des Universums.

Wir wissen, dass sie da ist, wir können sie aber nicht direkt sehen und wissen auch nicht, was sie ist. Dennoch ist sie dominierend: die Dunkle, d.h. für uns unsichtbare, Materie. Der Grossteil der Materie – 85 Prozent in unseren Galaxien – ist unsichtbar. 

Schon in den 1930er Jahren hat der Glarner Astronom und Astrophysiker Fritz Zwicky, Professor am Caltech in Pasadena, aufgrund der Tatsache, dass sich weit entfernte Galaxien schneller bewegen als es die Gravitationskräfte vermuten lassen, die Existenz einer unsichtbaren Materie postuliert, die die Galaxien in ihrem Haufen zusammenhält. Diese neue Materie hat er «Dunkle Materie» genannt. Seine Erkenntnisse blieben lange unbeachtet, bis dann Rubin, Bosma und andere in den 1970er Jahren dasselbe Phänomen, allerdings nicht im Galaxienhaufen, sondern in den Galaxien selbst, beobachtet haben und damit den endgültigen Beginn der Forschung über die Dunkle Materie besiegelten.

Die Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, konnten aber bis heute noch nicht nachgewiesen werden. Ihre Wechselwirkung mit anderer Materie ist nur schwach. Deshalb sind die Weakly Interacting Massive Particles, genannt WIMPS, schwierig zu erforschen.

Wenn auch die WIMPS den Neutrinos ähneln, und die Neutrinos lange als ein idealer Kandidat für die Dunkle Materie gegolten haben, musste diese Idee verworfen werden, weil die Neutrinos, wie wir heute wissen, zu wenig Masse aufweisen. Auch die anderen Teilchen aus dem Standardmodell der Teilchenphysik kommen als Kandidaten für die Dunkle Materie nicht in Frage. Es muss sich, so die These von Laura Baudis, um ein oder mehrere Teilchen einer neuen Sorte handeln, welche Licht – elektromagnetische Strahlung – weder emittieren noch absorbieren. Dabei wird angenommen, dass die Dunkle Materie, gleich wie die sichtbare Materie, aus dem Urknall hervorgegangen ist. 

Diesen verborgenen Teilchen auf die Spur zu kommen, ist das Ziel von Laura Baudis. Die Laboratori Nazionali del Gran Sasso, die zu den grössten und berühmtesten unterirdischen Laboren der Welt zur Untersuchung von Elementarteilchen gehören, sind der Ort ihrer Forschung, die sie zusammen mit der Xenon-Kollaboration betreibt, der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus verschiedenen Ländern Europas und aus der USA angehören. Weitgehend abgeschirmt von äusseren Einflüssen entwickelt sie dort – 1400 Meter unter der Erdoberfläche – immer empfindlichere Xenon-Detektoren, mit denen sie die WIMPs durch Kollisionen mit Atomkernen misst, d.h. die beim Aufprall entstehenden Energien in Form von Licht, Wärme oder freier Ladung analysiert.

Die Dunkle Materie hat Laura Baudis bisher noch nicht gefunden. Entdeckt hat sie allerdings den seltensten jemals gemessenen Vorgang im Universum, den sogenannten «Doppelten Elektroneneinfang», worüber die Wissenschaftszeitschrift «Nature» im April dieses Jahres in ihrer Titelgeschichte berichtete. 

Gezeigt hat diese Entdeckung nicht zuletzt, dass der Xenon-Detektor, mit dem Laura Baudis bisher gearbeitet hat, tatsächlich sehr empfindlich ist. Ein neuer Xenon-Detektor mit mehr Fassvermögen soll demnächst in Betrieb genommen werden. Und geforscht wird auch schon für die nächste Detektor-Generation, mit der noch umfassendere Untersuchungen möglich sein werden, insbesondere auch Neutrinophysik, ein weiteres grosses Rätsel der Teilchenphysik, das Laura Baudis beschäftigt. 

Mit den Worten: «Es bleiben noch viele Fragen offen. Wir haben noch einige Jahre etwas zu tun – auch für Nachwuchsforschende» schliesst Professorin Baudis, ihren interessanten Vortrag.

Während des anschliessenden Nachtessens berichteten – wie es beim FAN Brauch ist – zwei FAN-Stipendiaten über ihre Forschungsprojekte. Es waren dies Mia Huber, die sich in ihrer Dissertation dem Spannungsfeld zwischen medizinischem Fortschritt und ethischen Restriktionen widmet, und Dr. Fabian von Rohr, der im Bereich neuartiger Materialien forscht, die eines Tages zum Ersatz der an ihre physikalischen Grenzen stossenden Silizium- Elektronik beitragen können.

Sibylle Ambühl, Geschäftsführerin FAN