Neue Messstation in Brasilien: Suche nach Dunkler Materie

Ein hochsensitiver Quantensensor aus Jena hat eine Reise von rund 9.000 Kilometern hinter sich: per LKW nach Hamburg, mit dem Schiff über den Atlantik und schließlich über Land bis ins brasilianische Vassouras. Auf dem Gelände des Observatório Nacional haben Forschende des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) aus Jena gemeinsam mit brasilianischen Partnern eine neue Messstation installiert. Sie ist Teil des weltweiten GNOME-Projekts und soll helfen, eines der großen offenen Probleme der modernen Physik besser zu verstehen: die Natur Dunkler Materie, die mit klassischen Messmethoden nicht direkt nachweisbar ist. Sie beeinflusst aber nachweislich die Bewegung von Galaxien und die Struktur des Kosmos. Wie sie beschaffen ist, zählt zu den zentralen offenen Fragen der modernen Physik. Das internationale Projekt GNOME (Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics searches) sucht gezielt nach Anzeichen für bestimmte hypothetische Teilchen – darunter sogenannte Axionen –, die mit Atomen in Magnetometern in Wechselwirkung treten könnten.

„Unsere Station basiert auf einem optisch gepumpten Magnetometer, in dem wir Cäsiumatome mit Laserlicht in bestimmte Quantenzustände versetzen“, erklärt Dr. Theo Scholtes, Physiker am Leibniz-IPHT. „Verändert sich dieser Zustand, zum Beispiel durch ein vorbeiziehendes Dunkle-Materie-Feld, können wir das mit hoher Genauigkeit messen.“ Die Technik des Sensors – inklusive der magnetischen Abschirmung, Laserstabilisierung und Systemkontrolle – wurde am Leibniz-IPHT in Jena entwickelt, aufgebaut und getestet. Finanziert wurde das Projekt über das DFG-Vorhaben „RioGNOME“.

Erste Messstation auf der Südhalbkugel

Die neue GNOME-Station in Brasilien ist die erste dauerhaft aktive Messstation des Netzwerks auf der Südhalbkugel. Diese geographische Ausweitung ist für das Projekt von besonderer Bedeutung. „Mit der Station in Vassouras verbessern wir die Möglichkeiten zur Triangulation potenzieller Ereignisse, also zur genauen Bestimmung ihrer Herkunft durch den Vergleich von Signalen aus mehreren Messstationen. Das funktioniert ähnlich wie bei der Detektion von Gravitationswellen“, so Theo Scholtes.