Kosmische Spurensuche - MPP Theory Group - Max-Planck ...

Das Nachweisprinzip der CRESST-Detektoren beruhtauf zwei Effekten: Einer Temperaturerhöhung undgleichzeitig erzeugtem Szintillationslicht.Die CRESST-Detektoren und der zu ihrer Kühlung notwendigeKryostat befinden sich in einem Kupfergefäß.Im Hintergrund ist ein Teil der Abschirmung gegenUmgebungsradioaktivität zu erkennen. Beim Einbauder Detektoren (rechts) darf keinerlei Staub in denDetektor gelangen, weil er natürliche radioaktiveStoffe enthält.CRESST misst mit den CaWO 4 -Kristallengleichzeitig auch Lichtblitze,die bei einemZusammenstoß eines WIMPs mit einemAtomkern entstehen. Dieses Phänomenheißt Szintillation. Interessanterweise istdas Verhältnis von Licht zu Wärme abhängigdavon,ob Alpha-,Beta-,Gammastrahlung(ausgelöst von radioaktiven Zerfällenoder kosmischer Strahlung) oderKernrückstöße eines WIMPs das Ereignisauslösen. Auf diese Weise lassen sichWIMP-Streuungen vom überwiegendenTeil des Untergrundes unterscheiden.Das Szintillationslicht wird mit einemzweiten Tieftemperatur-Detektor gemessen.Damitsteigt die Sensitivität für kleineZählraten und kleine Wirkungsquerschnitteum viele Größenordnungen.Diese Art von Detektoren sind dahergeeignet,um nach sehr kleinen Wirkungsquerschnittenzu suchen.CRESST im Gran-Sasso-UntergrundlaborCRESST befindet sich im italienischenGran-Sasso-Untergrundlabor. Bei erstenMessungen in den Jahren 2000 bis 2003wurden zwei Kristalle mit je 320 g Gewichtverwendet. Mit einer gesamteneffektiven Messzeit von 10 kg-Tagen konntebisher kein WIMP-Signal nachgewiesenwerden. Aus diesem Nullresultat ließensich Obergrenzen der Wechselwirkungsstärke(Wirkungsquerschnitt) undmögliche WIMP-Massen ableiten. BisMitte 2006 wird das Experiment erweitert.Danach können bis zu 33 Detektorenund damit 10 kg Absorbermasseverwendet werden, wodurch die bishererreichte Empfindlichkeit um weiterezwei Größenordnungen steigen wird.Damit werden weitere große Bereichetheoretischer Vorhersagen experimentellzugänglich.Gleichzeitig werden weitere Maßnahmengetroffen,um die Detektoren gegenstörende Strahlung abzuschirmen. InsbesondereNeutronen werden mit Hilfeeines halben Meter dicken Mantels ausPolyethylen vom Instrument ferngehalten.Auch Myonen aus der kosmischenStrahlung stören die Messung erheblich.Zwar verringert die 1,5 km dicke Gesteinsschichtder Abruzzen über demLabor den Myonen-Fluss um das Millionenfache.Dennoch treffen pro Tagetwa hundert dieser Teilchen auf dasCRESST-Experiment. Mit Hilfe eines sogenannten Veto-Detektors werden dieTeilchen nachgewiesen und lassen sichso aus den Daten eliminieren. Ausblick auf EURECAWenn sich die Detektoren in der jetzigenAusbaustufe bewähren, werden die Wissenschaftlerversuchen, die Experimenteauf Absorbermassen von insgesamt biszu einer Tonne auszubauen. Dies wirdnur in einer größeren Kooperation möglichsein. Deshalb wurde aus den ProjektenCRESST und EDELWEISS eine Initiativefür ein gemeinsames NachfolgeprojektEURECA auf europäischer Ebenegestartet.Ziel ist es, die Teilchen der Dunklen Materiedirekt nachzuweisen.Wenn gleichzeitigan Beschleunigeranlagen neue Elementarteilchengefunden werden, vorallem am Large Hadron Collider (LHC)am CERN in Genf, und man durch dasStudium ihrer Eigenschaften feststellenwürde, dass auch die beobachtetenWIMPs zur Familie dieser neuen Teilchengehören, wäre nicht nur das Rätsel derDunklen Materie gelöst. Darüber hinaushätte man einmal mehr eine Verbindungzwischen der Physik des Allerkleinstenund der Astrophysik und Kosmologieaufgezeigt. Bleiben aber die mutmaßlichenTeilchen der Dunklen Materieunauffindbar, so sind vermutlich ganzneue Erklärungsansätze erforderlich, diewir uns mit unserem heutigen Verständnisvon Gravitation, dem Aufbau des Universumsund der Materie noch nicht vorstellenkönnen.➥ Deutsche Beteiligungen: Max-Planck-Institut fürPhysik (München), Universität Tübingen,Technische Universität München35http://wwwvms.mppmu.mpg.de/cresst • Kosmologie und Dunkle Materie