Der Planet Erde ist zu einem riesigen Detektor für die Suche nach dunkler Materie geworden

Ein internationales Physikerteam hat die Erde selbst als riesigen Detektor für Teilchen der dunklen Materie genutzt. Laut einer in der Fachzeitschrift Progress of Theoretical and Experimental Physics veröffentlichten Studie analysierten die Forschenden Magnetfeldmessungen, die das Eskdalemuir-Observatorium in Schottland über mehr als ein Jahrzehnt gesammelt hatte. Die Wissenschaftler identifizierten 65 stabile Signale, die sich nicht durch gewöhnliches Rauschen erklären ließen, und stellten zugleich die bisher strengste direkte Grenze für die Eigenschaften von Axionen auf. Ixbt.com berichtet darüber .

Axionen sind hypothetische, extrem leichte Teilchen, die kaum mit gewöhnlicher Materie wechselwirken und sie ungehindert durchdringen können. Falls sie existieren, könnten sie etwa 85 % der unsichtbaren Masse des Universums ausmachen, die sich mit Instrumenten nicht erfassen lässt, aber durch ihre Gravitation bemerkbar macht. Der Theorie zufolge sollten Axionen beim Durchqueren der Erde mit dem globalen Magnetfeld des Planeten wechselwirken und niederfrequente elektromagnetische Wellen erzeugen.

Eine neue Methode und eine strenge Analyse

Laut ixbt.com stützten sich die Forschenden statt auf den Bau teurer neuer Geräte auf vorhandene Daten des Eskdalemuir-Observatoriums im Süden Schottlands. Von September 2012 bis November 2022 zeichnete die Einrichtung Magnetfeldschwankungen mit einer Frequenz von 100 Messungen pro Sekunde auf. Die riesige Datenmenge wurde in 9909 achtstündige Abschnitte unterteilt, die jeweils nach anhaltenden Spitzen bei einer konstanten, für Axionen charakteristischen Frequenz durchsucht wurden.

Bei der ersten Auswahl wurden mehr als 800 Kandidaten gefunden. Anschließend wurde geprüft, ob jedes Signal nicht nur während des gesamten Zeitraums, sondern auch bei jeder Beobachtung vorhanden war. Dadurch sank die Zahl auf 375. In der nächsten Phase wurden verdächtige konstante Frequenzen, die von elektronischen Systemen erzeugt werden, entfernt, sodass 65 Signale übrig blieben. Ihre Echtheit lässt sich jedoch nicht allein anhand von Daten aus einem einzigen Messpunkt bestätigen, da ein solches Signal gleichzeitig von Magnetometern an verschiedenen Orten der Erde aufgezeichnet werden müsste.

Wissenschaftliche Ergebnisse und Perspektiven

In Gebieten, in denen keine zuverlässigen Signale gefunden wurden, berechneten die Autoren die Obergrenze für die Stärke der Wechselwirkung zwischen Axionen und Photonen. Für eine Masse von etwa 3×10^-14 Elektronenvolt erwies sich dieser Wert als das strengste Ergebnis unter allen direkten Messungen in diesem Bereich. Er war 100-mal genauer als das Ergebnis des europäischen CAST-Experiments.

Der wichtigste Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er nicht auf komplexen Annahmen über weit entfernte Galaxienhaufen beruht, sondern ausschließlich auf wiederholbaren Bedingungen auf der Erde. Die Beobachtungen werden durch den Effekt der Schumann-Resonanzen verstärkt, globalen elektromagnetischen Schwingungen zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre. Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler diese 65 Kandidaten anhand der Daten anderer Observatorien weltweit überprüfen.