Dunkle Materie Gruppe

Dunkle Materie Gruppe

Dunkle Materie Gruppe am IKP

Die Gruppe Dunkle Materie forscht am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), um der Natur der "Dunklen Materie" auf die Spur zu kommen, einem der größten Rätsel des Universums. Auch wenn sich Dunkle Materie in vielen astrophysikalischen und kosmologischen Beobachtungen manifestiert, so bleibt ihre teilchenphysikalische Natur bisher verborgen. Da keines der uns bekannten Elementarteilchen aufgrund seiner Eigenschaften für die Dunkle Materie verantwortlich zeichnen kann, ist der Nachweis von Dunkle-Materie-Teilchen auch eng verknüpft mit Teilchenphysik jenseits des uns bekannten "Standardmodells der Teilchenphysik" (SM). Ein mögliches Modell einer solchen Erweiterung des SM ist die Super-Symmetrie, in der das leichteste supersymmetrische Teilchen ein exzellenter Kandidat für Dunkle Materie wäre, nämlich ein schwach wechselwirkendes massives Teilchen (Weakly Interacting Massive Particle, WIMP).

Eine vielversprechende Methode zur Entdeckung von WIMPs ist die Suche nach Stoßprozessen, in denen WIMPs aus dem galaktischen Halo an Atomkernen uns bekannter Materie streuen. Solche Streuprozesse sind extrem selten und hinterlassen nur winzige Signaturen in hochempfindlichen Detektoren. Nach diesen Prozessen wird weltweit mit immer genaueren Messmethoden gesucht.

Wir betreiben intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten (FuE) für die momentane Suche nach Dunkler Materie wie auch für die nächste Generation von Experimenten. Die Arbeitsgruppe Dunkle Materie am IKP des KIT ist Mitglied der XENON-Kollaboration (seit 2019) und beteiligt sich am Aufbau des XENONnT Experiments. Seit 2018 arbeiten wir an der Entwicklung des Nachfolge-Experiments DARWIN mit. Von 2005 bis 2020 haben wir maßgeblich zum Aufbau, Betrieb und den Datenanalysen des EDELWEISS Experiment beigetragen.

Aufbau des oberen PMT-Feldes von XENONnT in seine Kupfer-Halterung vor der Installation in die TPCKlaus Eitel / The XENON Collaboration
XENON

In der XENON-Kollaboration arbeiten 163 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 28 Institutionen in 11 Ländern zusammen. Aus Deutschland sind 5 Institutionen maßgeblich beteiligt: Das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, die Universitäten Freiburg, Mainz und Münster sowie das Karlsruher Institut für Technologie.

Mehr über XENON
DARWIN DetectorDARWIN Collaboration
DARWIN

Die DARWIN-Kollaboration besteht aus 29 Forschergruppen in 12 Ländern. DARWIN wird mit einem Target aus ca. 50 Tonnen flüssigem Xenon nach Dunkler Materie suchen und dabei den experimentell zugänglichen Parameterraum für WIMPs in einem großen Massenbereich bis hinab zum sogenannten "neutrino floor" abdecken, ab dem Wechselwirkungen von solaren und atmosphärischen Neutrinos einen für die WIMP-Suche irreduziblen Untergrund darstellen werden. Dabei wird DARWIN die berits erfolgreich in den XENON-Experimenten (XENON10, XENON100, XENON1T, XENONnT) eingesetzte Technologie von Xe-TPCs (time projection chambers) weiterentwickeln. Aufgrund seiner erwarteten exzellenten Sensitivität wird DARWIN auch ein Observatorium für andere, extrem seltene Wechselwirkungen sein, z.B. den neutrinolosen doppelten Betazerfall von Xe-136 oder die Vermessung des solaren Neutrinoflusses mit einer Präzision von besser als 1%.

Mehr über DARWIN
BolometerEDELWEISS Collaboration
EDELWEISS

Die EDELWEISS-Kollaboration ist eine Zusammenarbeit von 11 Instituten aus 4 Ländern, die im Fréjus Tunnel in einem Untergrundlabor (Laboratoire Souterrain de Modane, LSM) unter 1800m Gestein ein Detektorfeld aus Germanium-Bolometern betreibt, das in der Lage ist, die deponierte Energie beim Stoß eines WIMPs an einem Germanium-Kern nachzuweisen. In der Forschungsgruppe am Institut für Kernphysik (IKP) wurde das Myon-Vetosystem konstruiert und aufgebaut, das im kontinuierlichen Messbetrieb ist. Neben der Analyse der Experimentdaten haben wir auch eine neue elektronische Datenauslese in Zusammenarbeit mit dem IPE erstellt. Das EDELWEISS Experiment konzentriert sich in seiner dritten Ausbaustufe als EDELWEISS-III  insbesondere auf die Suche nach WIMPs mit kleinen Massen im GeV-Bereich.

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