Was Atomuhren auf der Erde über Dunkle Materie verraten

Eines der großen Mysterien des Universums ist die Dunkle Materie. Schätzungen zufolge macht sie 85 Prozent unseres Universums aus. Und doch wissen wir nicht, um was es sich bei dieser unsichtbaren kosmischen Komponente handelt. 

Auf der ganzen Welt suchen Wissenschaftler*innen nach Antworten. Forschende der Universität Sussex verwenden dazu jetzt ein bekanntes Instrument: Eine gewöhnliche Atomuhr. Sie nutzen das Ticken dieser besonders präzisen Instrumente, um nach bisher unbekannten ultraleichten Teilchen zu suchen. Diese Teilchen könnten mit der Dunklen Materie in Verbindung stehen.

Großes Rätsel der Natur

Dunkle Materie ist praktisch unsichtbar. Sie interagiert nicht mit Licht wie gewöhnliche Materie. Ihre Existenz lässt sich jedoch anhand ihrer Auswirkungen auf die Schwerkraft ableiten. 

"Eines der größten Rätsel ist die Natur der Dunklen Materie. Wir wissen, dass sie da draußen ist, wir sehen ihre Auswirkungen in unserem Universum, aber wir haben keine gültige Erklärung innerhalb des Standardmodells der Teilchenphysik", erklärt Xavier Calmet, Projektleiter und Physikprofessor an der Universität Sussex, gegenüber Space.com. "Es muss eine neue Physik geben, aber wir wissen nicht, wie wir diese neuen Teilchen beschreiben können."

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Atomuhr soll "neue Physik" entdecken

Sollte die Dunkle Materie aus solchen neuen, ultraleichten Teilchen bestehen, so würden diese nur sehr schwach mit der gewöhnlichen Materie wechselwirken, erklärt Calmet. "Wenn das der Fall ist, würde sich die Dunkle Materie im Wesentlichen wie eine klassische Welle verhalten". Diese Welle würde andere Teilchen minimal anstoßen. 

Und diese kleinen Teilchenstöße könnten wiederum zu einer zeitlichen Veränderung der fundamentalen Konstanten des Universums führen. Zum Beispiel der Feinstrukturkonstante Alpha, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung angibt.

Und hier kommt die Atomuhr als Messinstrument ins Spiel. "Da Atomuhren erstaunlich präzise Geräte sind, könnten sie diese Anstöße aufspüren und so die ultraleichte Dunkle Materie entdecken", erklärt Calmet. "Durch den Vergleich zweier Uhren, von denen eine empfindlich auf Veränderungen von Alpha reagiert und die andere weniger empfindlich, können wir eine Grenze für die zeitliche Veränderung dieser fundamentalen Konstante erhalten und so die ultraleichten Teilchen besser beschreiben."

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Neuer theoretischer Rahmen 

Noch haben die Uhren keine "neue Physik" entdeckt. Die Forschenden rund um Calmet hoffen aber, einen neuen theoretischen Rahmen entwickelt zu haben, der dies künftig ermöglicht. 

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler*innen kürzlich im New Journal of Physics veröffentlicht.