(openPR) PIRATES: Innovation zum Nachweis Dunkler Materie
Nach heutigem Wissensstand besteht das Universum zu rund 25 Prozent aus Dunkler Materie, während die uns vertraute, sichtbare Materie nur etwa 5 Prozent ausmacht. Weltweit versuchen derzeit rund 20 Experimente, die rätselhaften Teilchen der Dunklen Materie nachzuweisen – eine enorme wissenschaftliche Herausforderung, da diese Teilchen, wenn überhaupt, nur extrem selten mit normaler Materie wechselwirken und daher kaum messbare Spuren hinterlassen.
Eines dieser Experimente, DAMA/LIBRA, nimmt für sich in Anspruch, Dunkle Materie nachgewiesen zu haben. Allerdings fehlt bislang die Bestätigung durch unabhängige Experimente. Mit COSINUS wollen Karoline Schäffner und ihr Team die strittigen Ergebnisse überprüfen. Dafür verwenden sie das gleiche Detektormaterial wie das Original, arbeiten aber mit deutlich sensibleren supraleitenden Quantensensoren – die kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert werden sollen.
„PIRATES bietet uns die Chance, unsere Tieftemperatursensoren entscheidend weiterzuentwickeln und neue technologische Ansätze zu erforschen“, sagt Karoline Schäffner. „Unser Ziel ist es, die Produktion zuverlässig und skalierbar zu gestalten, so dass künftig große Sensormatrizen hergestellt werden können. Das ist ein wichtiger Schritt für die Suche nach Dunkler Materie und anderen schwer zu messenden Ereignissen.“ Zudem wird die Gruppe neuartige kristalline Materialien testen, die die Empfindlichkeit künftiger Detektoren deutlich erhöhen und damit bisherige Grenzen überwinden könnten.
Karoline Schäffner leitet seit 2019 eine Max-Planck-Forschungsgruppe zum Thema Dunkle Materie und ist Mitglied im Exzellenzcluster ORIGINS. Kürzlich wurde sie im Lise-Meitner-Exzellenzprogramm der Max-Planck-Gesellschaft ausgezeichnet. Seit Oktober 2025 ist sie außerdem Professorin für Professor for Experimental Dark Matter and Neutrinos an der Technischen Universität München.
UPGREAT-LHC: Mit präzisen Simulationen zu neuer Physik
Seit 2008 untersuchen Forschende mit dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN die fundamentalen Bausteine der Materie ihrer Austauschkräfte. Dabei stellen sie die Bedingungen nach, die beim Urknall des Universums geherrscht haben. Im LHC prallen Protonen mit hoher Energie aufeinander. Im Scherbenhaufen der Teilchenkollisionen fahnden die Wissenschaftler:innen nach neuen Teilchen und Phänomenen jenseits der bekannten Teilchenphysik, die im Standardmodell beschrieben ist.
Voraussetzung dafür sind präzise theoretische Modelle, die eine Art Leitplanken für die LHC-Experimente bilden. Sie geben den Weg vor, wo möglicherweise neue Physik zu finden ist. Mit UPGREAT-LHC plant Marius Wiesemann, neuartige theoretische Methoden zu entwickeln, mit denen sich hochpräzise Simulationen realisieren lassen.
„Der größte Erfolg des LHC bisher war die Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahr 2012“, sagt Marius Wiesemann. „Wir haben jedoch noch keine Hinweise auf ‚neue Physik‘ gefunden. Mit UPGREAT-LHC werden wir sicherstellen, dass theoretische Vorhersagen präzise genug sind, um alles aus den Kollisionsdaten herauszuholen, sie noch besser zu durchsuchen und zu verstehen.“
Mit den neuen, hochgenauen Simulationstechniken sollen Szenarien durchgespielt werden, mit denen die Forschenden auch geringste Abweichungen vom Standardmodell der Teilchenphysik erkennen können. Die Simulationen nutzen komplexe theoretische Grundlagen, um Kollisionsereignisse präzise vorherzusagen. So kann im Experiment zielgerichtet nach bisher unbekannten Prozessen gesucht werden.
Marius Wiesemann hat 2013 an der Bergischen Universität Wuppertal mit Auszeichnung promoviert. Nach Anstellungen an der Universität Zürich und am CERN kam Marius Wiesemann 2019 ans Max-Planck-Institut für Physik. Hier hat er seit dem Jahr 2022 eine feste Position als Gruppenleiter. Darüber hinaus ist er „Associate Investigator“ im Exzellenzcluster ORIGINS.
wissenschaftliche Ansprechpartner:
Max-Planck-Institut für Physik
Prof. Dr. Karoline Schäffner
+49 89 32354-230
Dr. Marius Wiesemann
+49 89 32354-230
