Quelltext der Seite WIMP

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{{Dieser Artikel|behandelt physikalische Teilchen. Zu weiteren Bedeutungen siehe [[WIMP (Begriffsklärung)]].}}

'''WIMP''' ([[Englische Sprache|engl.]] ''{{lang|en|<u>w</u>eakly <u>i</u>nteracting <u>m</u>assive <u>p</u>articles}}'' „schwach wechselwirkende massereiche Teilchen“; Wortspiel zu ''{{lang|en|wimp}}'' ‚Schwächling‘) sind [[Hypothetisches Teilchen|hypothetische Teilchen]] mit einer [[Masse (Physik)|Masse]] zwischen einigen zehn und etwa tausend GeV/c² (1 GeV/c² ist etwas mehr als die Masse eines Neutrons oder Protons). WIMPs wurden postuliert, um das [[Kosmologie|kosmologische]] Problem der [[Dunkle Materie|dunklen Materie]] im [[Weltraum]] zu lösen.

Die Existenz dunkler Materie wird vermutet, weil die [[Gravitation]] der im Weltall vorhandenen sichtbaren Materie bei weitem nicht ausreichen würde, um die Verklumpung der Materie in der frühen Phase des Kosmos zu erklären, die zur Bildung von [[Galaxie]]n führte. Der Großteil der im Universum enthaltenen Materie muss daher aus nicht direkt sichtbarer („dunkler“), aber an der Gravitation teilnehmender Materie bestehen. Was man sich darunter vorzustellen hat, ist noch nicht klar.

Die dunkle Materie könnte aus schweren, elektrisch nicht geladenen, nur der Schwachen [[Grundkräfte der Physik|Wechselwirkung]] und der Gravitation unterliegenden WIMPs bestehen, die in großer Zahl den Raum durchqueren. Ein WIMP hätte eine Masse wie etwa zwei Goldatome und könnte wie ein [[Neutrino]] ganze [[Planet]]en praktisch ungestört durchfliegen. Das englische Wort „wimp“ bedeutet auf deutsch „Schwächling“, was auf diese Unfähigkeit anspielt, Materie zu beeinflussen, und ist außerdem als Gegensatz zu den [[MACHO]]s zu verstehen, die ebenfalls als Hypothese für die Dunkle Materie vorgeschlagen wurden.

== Experimente ==
Der [[experiment]]elle Nachweis von WIMPs ist Gegenstand aktueller [[Forschung]]. Aufgrund der extrem seltenen Wechselwirkung mit jeder Materie versucht man, WIMPs indirekt durch ihre [[Zerfallskanal|Zerfälle]] nachzuweisen. In äußerst seltenen Fällen muss es vorkommen, dass ein WIMP direkt mit einem [[Atomkern]] zusammenstößt, der dadurch in einen [[Radioaktivität|radioaktiven]] Kern umgewandelt würde. Die zum Nachweis nötigen [[Strahlungsdetektor|Detektoren]] werden wie Neutrinodetektoren meist tief unter der Erde betrieben, um den Untergrund aus radioaktiver [[Natürliche Radioaktivität|Hintergrundstrahlung]] und [[Kosmische Strahlung|sekundärer kosmischer Strahlung]] zu vermeiden.

Die derzeit empfindlichsten Experimente verwenden [[kryogen (Technik)|kryogen]]e Detektoren (Detektoren, die bei sehr tiefen Temperaturen betrieben werden). Dazu gehören:
* das amerikanische Experiment [[CDMS]]-II (Cryogenic Dark Matter Search) im [[Soudan Underground Laboratory]],
* das französisch-deutsche Experiment [[EDELWEISS]] (Experience pour DEtecter Les Wimps En Site Souterrain) im [[Laboratoire Souterrain de Modane]],
* [[XENON Dark Matter Project]] im [[Laboratori Nazionali del Gran Sasso|Gran-Sasso-Untergrundlabor]]
* das deutsch-britische Experiment [[CRESST]] (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) in den Laboratori Nazionali del Gran Sasso,
* das italienische Experiment DAMA (DArk MAtter), ebenfalls in den Laboratori nazionali del Gran Sasso und
* das koreanische Experiment COSINE-100, welches die Ergebnisse von DAMA verifizieren soll.
DAMA lieferte 2007 ein von vielen angezweifeltes Ergebnis: die Experimentatoren behaupten, mit einem großen Detektor aus [[Natriumiodid]] (NaI) ein Signal von WIMPs beobachtet zu haben. Dieses Ergebnis lässt sich nur schwer mit den Ergebnissen der anderen Experimente und den theoretischen Erwartungen vereinbaren. Ergebnisse des COSINE-Experiments  stellen die Resultate von DAMA ebenfalls in Frage.<ref>{{Literatur |Autor=Govinda Adhikari, et al. |Titel=Strong constraints from COSINE-100 on the DAMA dark matter results using the same sodium iodide target |Sammelwerk=Science Advances |Band=7 |Nummer=46 |DOI=10.1126/sciadv.abk2699 |PMC=8580298 |PMID=34757778 |Online=https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk2699 |Abruf=2021-11-20}}</ref>
== Super-WIMPs ==
Ein erweitertes Konzept sieht sogenannte Super-WIMPs vor,<ref name="SdW201101Feng">Jonathan Feng, Mark Trodden: ''Der verborgene Bauplan des Kosmos.'' In: ''Spektrum der Wissenschaft'', Januar 2011. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg.</ref> die durch Zerfall von WIMPs entstehen. Sie besitzen eine noch schwächere Wechselwirkung als WIMPs, da sie nur der Gravitation unterliegen.

Die Existenz von Super-WIMPs hätte Auswirkungen auf die Bildung von Galaxien. Super-WIMPs hätten sich im frühen Universum sehr schnell bewegt. Erst nachdem sie zur Ruhe gekommen wären, hätten sich Galaxien bilden können. Damit hätte auch die Materie im Zentrum der Galaxien weniger Zeit zur Verdichtung gehabt, was sich auch auf die Dichte im Zentrum der [[Dunkle-Materie-Halo]]s ausgewirkt hätte. Auf diesem Wege ließe sich möglicherweise nachweisen, ob diese Halos aus WIMPs oder Super-WIMPs bestehen.

Eine weitere Nachweismöglichkeit könnte sich durch den Zerfall von WIMPs in Super-WIMPs selbst ergeben, da hierbei [[Photon]]en und [[Elektron]]en entstehen könnten, die leichte [[Atomkern]]e aufbrechen würden, wenn sie auf diese träfen. Hinweise darauf, dass das Universum weniger [[Lithium]] als erwartet enthält, könnten hierdurch erklärt werden.

== Alternative Theorien zur Dunklen Materie ==
=== Axionen ===
Ein anderes Teilchen, das zur Lösung des Problems der Dunklen Materie vorgeschlagen wurde, ist das [[Axion]]. Dieses ebenfalls hypothetische Teilchen könnte unter anderem in [[Stern]]en produziert werden. Durch Wechselwirkung mit starken magnetischen Feldern könnte es sich in ein [[Photon]] [[Teilchenumwandlung|umwandeln]], dessen Energie der des Axions entspricht. Axionen von der [[Sonne]] sollten so Photonen mit [[Frequenz]]en im Bereich der [[Röntgenstrahlung]] erzeugen. Das [[CAST-Experiment]] am [[CERN]] beschäftigt sich damit, dieses Teilchen mit einem 9-[[Tesla (Einheit)|Tesla]]-[[Magnet]]en nachzuweisen.

=== MACHOs ===
{{Hauptartikel|MACHO}}
Vermutungen, bei der Dunklen Materie handele es sich um massereiche, aber kalte und nicht strahlende [[Himmelskörper]], die in großer Zahl in den Galaxien vorhanden seien ([[MACHO]]s), konnten durch Nachforschungen nicht bestätigt werden.

=== Dunkle Kräfte ===
Nach Jonathan Feng von der [[University of California, Irvine|University of California in Irvine]] und Jason Kumar von der [[University of Hawaiʻi at Mānoa|University of Hawaii in Manoa]] lässt die [[Supersymmetrie]] auch alternative Konzepte ohne WIMPs zu, mit mehreren, anderen Teilchenarten.<ref name="SdW201101Feng" /> Viele dieser Konzepte gehen zudem von der Existenz „dunkler Kräfte“ aus, verborgener Versionen der schwachen und der [[elektromagnetische Kraft|elektromagnetischen Kraft]]. Die Existenz eines dunklen Elektromagnetismus würde dazu führen, dass die dunkle Materie in der Lage wäre, verborgenes Licht auszusenden und zu reflektieren. Auch wenn ein solches Licht und die dunklen Kräfte für uns verborgen blieben, könnten sie sich doch auswirken. Wolken dunkler Teilchen, die sich gegenseitig durchdringen, würden verzerrt, was auch Auswirkungen auf Objekte wie [[Galaxienhaufen]] haben könnte. Entsprechende Untersuchungen am [[Bullet-Cluster]] haben ergeben, dass dieser Effekt zumindest nicht sehr stark sein kann. Die dunklen Kräfte, sofern sie existieren, sind also nur schwach.

Ein weiterer Effekt würde sich dadurch ergeben, dass dunkle Kräfte den Teilchen der dunklen Materie den Austausch von Energie und [[Impuls]] ermöglichen würden. Dunkle-Materie-Halos, die anfänglich schief gewesen wären, würden im Laufe der Zeit kugelförmig, was wiederum Auswirkung auf Galaxien hätte, insbesondere auf [[Zwerggalaxie]]n. Dunkle Materie in deren Umgebung bewegt sich besonders langsam. Das führt dazu, dass Teilchen länger beieinanderbleiben. Kleine Effekte haben somit mehr Zeit, sich auszuwirken. Die Beobachtung, dass kleine Galaxien durchweg runder als große sind, ließe sich hierdurch erklären, was ein Indiz für die Existenz dunkler Kräfte wäre.

== Siehe auch ==
* [[Leichtestes supersymmetrisches Teilchen]]

== Weblinks ==
* [http://pdg.lbl.gov/2004/listings/s030.pdf Übersichtsartikel zur WIMP-Suche] – Particle Data Group (englisch, PDF, 124&nbsp;KiB)
* Timothy J. Sumner, [http://www.livingreviews.org/lrr-2002-4 Experimental Searches for Dark Matter] in [[Living Reviews in Relativity]], Vol 5, 2002 (englisch)
* [http://www.cern.ch/cast CAST-Experiment am CERN]
* [http://edelweiss.in2p3.fr/ EDELWEISS-Experiment]
* [http://www.cresst.de/ CRESST]
* [http://www.drillingsraum.de/dunklematerie/dunkle_materie_2.html Was sind WIMP's?] – Interview mit Prof. Dr. Josef Jochum von der Uni Tübingen

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kosmologie (Physik)|Wimp]]
[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen|Wimp]]
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