Ein unter einer kanadischen Mine vergrabenes Experiment hat gerade begonnen, nach Signalen zu suchen, die so schwach sind, dass sie die berühmte Materie enthüllen könnten, die bislang noch nie direkt beobachtet wurde.
Sein Name ist SuperCDMS SNOLAB. Die Anlage befindet sich mehr als 1,6 km unter der Oberfläche in der Creighton-Mine nahe Sudbury in Kanada. Diese Tiefe schützt die Detektoren vor einem großen Teil der aus dem Weltraum kommenden Teilchen, die falsche Signale erzeugen könnten.
Ein SuperCDMS-Detektor mit seinen elektrischen Anschlüssen in einem Kupfergehäuse.
Quelle: SNOLAB
Die Forschenden suchen dort nach dunkler Materie. Diese unsichtbare Materie wird aus ihren gravitativen Auswirkungen auf Galaxien und andere Himmelskörper abgeleitet. Sie soll etwa 85 % der gesamten Materie im Universum ausmachen, doch ihre Natur ist weiterhin unbekannt.
SuperCDMS konzentriert sich vor allem auf hypothetische, sehr leichte Teilchen dunkler Materie. Wenn eines von ihnen auf das Material eines Detektors trifft, sollte es ihm nur eine winzige Energiemenge übertragen. Die Geräte müssen daher in der Lage sein, kleinste Störungen zu erkennen.
Dafür nutzt das Experiment 24 hochreine Kristalle aus Silizium und Germanium, die jeweils ungefähr die Größe eines Eishockeypucks haben. Ein erwarteter Stoß würde eine sehr kleine Schwingung im Kristall erzeugen, ein sogenanntes Phonon, sowie ein schwaches elektrisches Signal. Supraleitende Sensoren sollen diese messen.
Diese Sensoren müssen bei einer extrem niedrigen Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt funktionieren. Bei dieser Temperatur werden thermische Störungen ausreichend schwach, um nach den erwarteten Spuren zu suchen. Die Kristalle befinden sich deshalb in einem Kühlsystem, das kälter ist als der umgebende Weltraum.
Die Anlage muss sich außerdem vor natürlicher Radioaktivität schützen. Mehrere Schichten aus Kupfer, Polyethylen und Blei umgeben die Detektoren. Eine Barriere begrenzt zudem das Eindringen von Radon, einem natürlich vorkommenden radioaktiven Gas. Selbst tief unter der Erde bleiben diese Vorkehrungen notwendig, um ein mögliches Signal dunkler Materie vom Umgebungsrauschen zu unterscheiden.
Die gerade begonnene Datensammlung stellt noch eine vorläufige Phase dar. Sie soll ermöglichen, die Kühlung, die Detektoren und den Geräuschpegel der Anlage zu testen. Diese erste Messkampagne wird im Herbst 2026 fortgesetzt und könnte bereits wissenschaftliche Ergebnisse liefern.
Anschließend wird das Experiment vorübergehend erwärmt, um Einstellungen und Wartungsarbeiten durchzuführen. Eine neue, etwa einjährige Messkampagne soll 2027 beginnen, diesmal mit Detektoren, die bei ihrer vorgesehenen Empfindlichkeit arbeiten.