Wissenschaftler der Sternwarte der Universität Hamburg haben jetzt mit Beobachtungen unter Verwendung eines für Astronomen ungewöhnlichen Instruments begonnen: Es handelt sich dabei um ein Teleskop, in das kein Licht fallen darf. Sie suchen auf diese Weise nach mysteriösen Elementarteilchen, den versteckten Photonen.
An der Hamburger Sternwarte beginnt jetzt mit dem Experiment SHIPS eine neue Ära astronomischer Beobachtungen: die Suche nach versteckten Photonen. Versteckte Photonen (Hidden Photons) sind eine Klasse bisher kaum erforschter Elementarteilchen von möglicherweise fundamentaler physikalischer und astrophysikalischer Bedeutung. Sie könnten für bislang noch rätselhafte Phänomene im Weltall verantwortlich und eventuell Bestandteil der geheimnisvollen Dunklen Materie sein. Das SHIPS-Team benutzt dafür ein Teleskop, in das kein Licht eindringen darf.
"Mit SHIPS schaffen wir eine ganz neue Kategorie von astronomischen Beobachtungsstationen für diese noch hypothetischen, aber hoch interessanten Elementarteilchen", erklärt der für das Experiment verantwortliche Prof. Günter Wiedemann von der Sternwarte der Universität Hamburg. An SHIPS sind außer der Hamburger Sternwarte Wissenschaftler von DESY und dem Max-Planck-Institut für Physik in München beteiligt. Im Experiment soll, so die Hoffnung des Teams, der Beweis der Existenz von Hidden Photons erbracht sowie deren Masse und Anzahl bestimmt werden.
Hidden Photons sind mit normaler Materie nur sehr schwach wechselwirkende Elementarteilchen, deren Existenz und Verhalten von theoretischen Modellen beschrieben werden. "Der Theorie nach kann es eine ganze Serie von versteckten leichten Teilchen geben, die aber bisher niemand experimentell nachweisen konnte", erläutert Dr. Andreas Ringwald vom Hamburger DESY, der zusammen mit Wiedemann das Projekt leitet. "Diese Teilchen könnten die von vielen Beobachtungen geforderte Dunkle Materie ausmachen, aus der etwa ein Fünftel unseres Universums besteht."
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Die versteckten Photonen, so sagen es zumindest bestimmte von der Stringtheorie inspirierte Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysiker voraus, sollen in großer Zahl in lichtstarken Objekten wie der Sonne entstehen. Sie können, ähnlich wie die besser dafür bekannten Neutrinos, ihren Zustand ändern und sich mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit in normale (elektromagnetische) Photonen umwandeln. Diese können dann mit einem Lichtteilchen-Teleskop, in das von außen kein Licht gelangen darf, nachgewiesen werden. Und genau dies will das Team nun in Hamburg versuchen.
Dazu wurde an der Sternwarte gerade das erste Telescope for Solar Hidden Photon Search (TSHIPS I) installiert und probeweise in Betrieb genommen. Es besteht aus einer langen luftleeren und auf die Sonne ausgerichteten optischen Reaktionskammer. Wegen der vermutlich sehr schwachen Signale, und da nur die im Teleskop entstehenden Photonen detektiert werden sollen, müssen die Optik und der hochempfindliche Detektor sorgfältig gegen jegliches Umgebungslicht abgeschirmt werden. Mit ersten aussagefähigen Messungen rechnen die Wissenschaftler bereits nach wenigen Wochen.
Mit dem Projekt Solar Hidden Photon Search (SHIPS) intensivieren die Wissenschaftler von der Hamburger Sternwarte und DESY ihre Zusammenarbeit, die mit dem Projekt Any Light Particle Search (ALPS) begonnen hatte. SHIPS ist ein Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs 676 "Teilchen, Strings und frühes Universum" der Universität Hamburg und wird durch den Cluster "Connecting Particles with the Cosmos" der Landesexzellenzinitiative LEXI gefördert.
Quelle
