Die Suche nach Dunkler Materie gehört zu den größten Herausforderungen der modernen Physik. Forscherinnen und Forscher der Universität Münster haben nun einen entscheidenden Beitrag geleistet. Mit einer neuen Technik gelang es, störende Radon-Signale im hochsensiblen XENONnT-Detektor im Gran-Sasso-Labor (Italien) drastisch zu reduzieren. Damit steigt die Chance, die geheimnisvolle Dunkle Materie endlich nachweisen zu können.
Dunkle Materie macht nach aktuellen Erkenntnissen rund 85 Prozent der gesamten Materie im Universum aus. Doch bislang konnte sie nicht direkt nachgewiesen werden. Der Grund: Signale von hypothetischen Teilchen sind extrem schwach und werden oft durch natürliche Radioaktivität überdeckt. Vor allem Radon, ein überall vorkommendes Edelgas, stellte bisher ein Hindernis dar. Selbst kleinste Mengen reichen aus, um Lichtblitze im Detektor auszulösen, die den gesuchten Signalen täuschend ähnlich sind.
Das Team um den Münsteraner Teilchenphysiker Prof. Dr. Christian Weinheimer entwickelte ein spezielles kryogenes Destillationssystem. Damit lässt sich Radon gezielt aus dem flüssigen Xenon entfernen, das im XENONnT-Detektor eingesetzt wird. Die Reduktion ist enorm: Nur noch 430 Radon-Atome pro Tonne bleiben im System zurück – ein Wert, der eine Milliarde Mal niedriger ist als die natürliche Radioaktivität des menschlichen Körpers. Damit sind die Störsignale jetzt so selten wie die unvermeidlichen Neutrino-Signale aus der Sonne.
Die neue Technik eröffnet völlig neue Perspektiven. „Wir ebnen den Weg für größere und noch empfindlichere Detektoren wie das geplante XLZD-Observatorium“, erklärt Weinheimer. Dort sollen künftig zehnmal so viele Tonnen Xenon eingesetzt werden. Mit diesen verbesserten Messbedingungen steigt die Chance, das Rätsel der Dunklen Materie zu lösen und einen der größten offenen Fragen der Physik zu beantworten.
Das XENONnT-Experiment ist Teil einer internationalen Kooperation, an der auch deutsche Forschungseinrichtungen maßgeblich beteiligt sind. Unterstützt wird die Arbeit des Teams der Universität Münster durch den Europäischen Forschungsrat (ERC), das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Damit wird nicht nur die Forschung an Dunkler Materie gefördert, sondern auch die Weiterentwicklung innovativer Technologien, die weltweit Beachtung finden.
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Die Ergebnisse der XENON-Kollaboration wurden in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht (Aprile E. et al., 2025). Dort beschreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler detailliert, wie die neue Technik die Empfindlichkeit der Dunkle-Materie-Suche auf ein bisher unerreichtes Niveau hebt.
(Bild: Hightech-Anlage im Gran-Sasso-Labor. Hier filtert die XENON-Kollaboration mithilfe eines kryogenen Destillationssystems störendes Radon aus dem flüssigen Xenon, um die Suche nach Dunkler Materie zu verfeinern.)
