Was China mit dem tiefsten Labor der Welt vor hat

Tief, tief unter der Erde versuchen chinesische Forscher*innen den Geheimnissen von Dunkler Materie auf die Spur zu kommen. Die unsichtbare Substanz macht 80 Prozent der Materie unseres Universums aus, konnte bislang allerdings immer nur indirekt nachgewiesen werden. Mit dem China Jinping Underground Laboratory II (CJPL-II) soll sich das ändern.

2.400 Meter unter der Erdoberfläche

Mit dem Bau des China Jinping Underground Laboratory wurde 2010 begonnen, 2014 folgte der Bau der Erweiterung CJPL-II, die im Dezember vergangenen Jahres fertiggestellt wurde. 2.400 Meter unter der Erdoberfläche soll es dort möglich sein, Dunkle Materie nachzuweisen, ohne dass die Ergebnisse von kosmischer Strahlung verfälscht werden. 330.000 Kubikmeter Material wurden dafür ausgehoben.

Ein ähnliches Labor gibt es auch in Europa: 1.400 Meter unter dem italienischen Gran-Sasso-Massiv sind dort ebenso Forscher*innen auf der Suche nach einzelnen Teilchen Dunkler Materie. Dort gibt es bereits Anzeichen von Dunkler Materie, direkt konnten die Teilchen aber noch nicht nachgewiesen werden.

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Dunkle Materie interagiert kaum mit anderer Materie. Trifft ein Teilchen auf die Erde, geht es einfach durch den Planeten hindurch. Dort, 2.400 Meter im Innern des Planeten, sollen die Dunkle-Materie-Detektoren Astrophysical Xenon Experiment (PandaX) und das China Dark Matter Experiment (CDEX) die Teilchen registrieren. 

PandaX nutzt dafür das Edelgas Xenon in flüssiger Form. Wenn die Dunkle-Materie-Teilchen mit den Xenon-Atomen kollidieren, entstehen Lichtblitze, die Sensoren erkennen können. CDEX verwendet hingegen einen Germanium-Detektor, in dem elektrische Signale entstehen, wenn die Teilchen auf ihn treffen.

Suche nach den WIMPs

Die Forscher*innen suchen nach sogenannten WIMPs (weakly interacting massive particles, "schwach wechselwirkende massereiche Teilchen") - hypothetische Teilchen, aus denen Dunkle Materie bestehen könnte. Diese WIMPs reagieren zwar nicht mit anderen Teilen, in seltenen Fällen muss es aber vorkommen, dass ein WIMP direkt auf einen Atomkern - etwa einen Xenonkern - trifft. Das kann dann von Sensoren registriert werden.

Diese Partikeldetektoren sind allerdings so empfindlich, dass jegliche Art von Strahlung - auch kosmische Hintergrundstrahlung - sie auslösen kann. Deswegen befinden sie sich auch tief unter der Erde in dicken Metallboxen. Das CJPL-II-Labor soll auch die Frage klären, ob Dunkle Materie wirklich aus WIMP-Teilchen bestehen, oder eher aus anderen, noch nicht entdeckten subatomaren Teilchen.