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Dunkle Materie mit top quarks in neuem Licht

Venedig - Physiker aus aller Welt diskutieren derzeit bei der EPS Konferenz in Venedig neue Ergebnisse aus der Teilchenphysik. Darunter sind erstmals Resultate vom CMS Experiment am Large Hadron Collider (LHC), welche nach den hypothetischen Teilchen der dunklen Materie Suchen falls diese zusammen mit top quarks entstehen. Es sind die ersten LHC Ergebnisse welche bei den vorhergesagten Signalstärken sensitiv sind.

Teilchenmassen (auf der x-Achse) wo die durchgezogene schwarze Linie unterhalb der roten Linie ist, sind durch die neuesten Messungen der CMS Kollaboration ausgeschlossen. Es sind die ersten LHC Ergebnisse dieser Art.

Woraus besteht die dunkle Materie, der Stoff aus dem 84.5% der Masse im Universum besteht? Ehrlich gesagt, wir wissen es nicht - aber Teilchenphysiker aus aller Welt treffen sich in Venedig um die neuesten Ergebnisse zu diskutieren und versuchen der Sache auf den Grund zu gehen. Bis zur Entdeckung - oder dem definitiven Ausschluss - kann man von jedem neuen Ergebnis lernen.

Falls zum Beispiel die Teilchen der dunklen Materie mit den top quarks des Standard Modells wechselwirken, dann sollte man neue Hinweise in den LHC Daten finden können, insbesondere im bislang größten Datensatz des CMS Experiments aus dem Jahr 2016. Die Ereignisse sind dabei denen mit top quarks ganz ähnlich, allerdings wechselwirken die unbekannten Teilchen nicht mit dem Detektormaterial sondern müssen indirekt gefunden werden indem man untersucht wie symmetrisch die Ereignisse sind. Das ist etwas heikel, denn jedes der tausenden Detektorelemente muss perfekt verstanden werden, bevor man behaupten kann solche subtilen Effekte messen zu können.

Die CMS Kollaboration hat nun genau das getan und neue Ergebnisse bei der EPS Konferenz in Venedig vorgestellt. Es ist das erste mal, das Suchen in LHC Daten solche Modelle mit dunkler Materie und top quarks wirklich testen können [Siehe Bild], bislang waren die vorhergesagten Signalstärken zu klein. Hinweise auf Teilchen der dunklen Materie wurden nicht gefunden. Das ist auch noch wenig überraschend, denn die astrophysikalischen Beobachtungen liefern nur wenige konkrete Vorhersagen. Daher ist der nächste Schritt, Messungen in anderen Zerfallskanälen zu kombinieren und die Daten aus 2017 hinzuzunehmen. Die Schlupfwinkel werden jedenfalls immer weniger.