Bei der Untersuchung der dunklen Materie haben die Forscher des XENON1T-Projekts unerwartete Ergebnisse erzielt: Sie sind möglicherweise zum ersten Mal zufällig auf dunkle Energie gestoßen.
Seit der Beschleunigung der Expansion des Universums in den 1990er Jahren hat die Hypothese von der Existenz einer "dunklen Energie" in der wissenschaftlichen Gemeinschaft an Bedeutung gewonnen.
Die Existenz einer Antigravitationskraft, die im gesamten Universum wirkt, wäre nicht nur mit der Quantenmechanik vereinbar, sondern würde auch die beschleunigte Ausdehnung unseres gesamten Universums erklären.
Die dunkle Energie ist technisch gesehen nicht nachweisbar, aber ein Forscherteam der Universität Cambridge könnte zum ersten Mal auf sie gestoßen sein.
Das Experiment in den Tiefen des Gran Sasso
Die neu veröffentlichte Studie des Cambridge-Forschungsteams legt nahe, dass die seltsamen Ergebnisse eines Experiments in den Tiefen des Gran Sasso das Ergebnis eines direkten Nachweises dunkler Energie sein könnten.
Das Experiment war eigentlich dazu gedacht, dunkle Materie aufzuspüren: Wie Dr. Sunny Vagnozzi, Autorin der Forschungsarbeit, erklärt, sind Experimente wie XENON1T darauf ausgelegt, dunkle Materie direkt aufzuspüren, indem sie nach Spuren ihres Zusammenstoßes mit gewöhnlicher Materie suchen, aber dunkle Energie ist noch schwerer zu fassen.
XENON1T, im Herzen des Gran Sasso, ist eine Art große Falle, die nach Ansicht der Wissenschaftler schließlich dunkle Materieteilchen zeigen könnte. Schon gar nicht dunkle Energieteilchen, an die in den Tiefen der Gran Sasso National Laboratories niemand gedacht hat.
Vor etwa einem Jahr hat das XENON1T-Experiment ein unerwartetes Signal aufgezeichnet, eine Art "Überschuss an Ereignissen" im Vergleich zu dem, was erwartet wurde.
Wie Dr. Luca Visinelli von den Frascati National Laboratories sagt, "haben wir ein Modell erforscht, in dem diese Signale der dunklen Energie zugeschrieben werden könnten und nicht der dunklen Materie, die das Experiment ursprünglich aufspüren sollte.Das Forscherteam untersuchte auch andere Hypothesen, wie die Axion-Hypothese, aber sie scheiterten alle an den Beweisen und Berechnungen und ließen den Weg für ein theoretisches Modell offen, das es der dunklen Energie zuschreibt.
Das Geheimnis der Expansion des Universums
"Wir sind weit davon entfernt, vollständig zu verstehen, was dunkle Energie ist", schreiben die Forscher, "aber die meisten physikalischen Modelle für dunkle Energie würden zur Existenz einer sogenannten fünften Kraft führen.
In der Praxis könnte fast alles, was die Physik durch die Existenz der vier Naturkräfte - elektromagnetische, Gravitationskraft, starke Kernkraft und schwache Kernkraft - nicht erklären kann, durch diese unbekannte fünfte Kraft verursacht werden. Wir stehen erneut vor der großen Herausforderung der theoretischen Physik: der möglichen Unvollständigkeit des Standardmodells.
Die Existenz dunkler Energie würde eines der größten Rätsel des Universums erklären: Mehrere Beobachtungen deuten darauf hin, dass das Universum zu etwa 70 % aus Energie mit negativem Druck besteht, der sogenannten dunklen Energie. Die Gravitationswirkung der dunklen Energie würde die Beschleunigung der Ausdehnung des Universums erklären: Sie könnte die Grundlage des "abstoßenden" Mechanismus sein, auf dem die erst 1998 nachgewiesene Beschleunigung beruht.
"Obwohl beide unsichtbar sind", erklärt Vagnozzi, "wissen wir viel mehr über die dunkle Materie, deren Existenz bereits in den 1920er Jahren vermutet wurde, während die dunkle Energie erst 1998 entdeckt wurde" - in dem Jahr, in dem die Beschleunigung des Universums nachgewiesen wurde und den Nobelpreis für Physik einbrachte.
Das Auffangen eines ersten Signals der dunklen Energie könnte den Weg für eine Revolution in der theoretischen Physik ebnen: "Wenn der von XENON1T entdeckte Überschuss tatsächlich das Ergebnis dunkler Energie ist", schreiben die Wissenschaftler, "dann könnte es möglich sein, dunkle Energie im nächsten Jahrzehnt nachzuweisen.