Kennt die Dunkle Materie auch Dunkles Licht?

Spannende Spekulationen: Lisa Randall hielt die heurige „Boltzmann Lecture“ der Universität Wien.

Starphysikerin: Lisa Randall, geboren 1962 in New York, Professorin an der Harvard University.
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Starphysikerin: Lisa Randall, geboren 1962 in New York, Professorin an der Harvard University.
Starphysikerin: Lisa Randall, geboren 1962 in New York, Professorin an der Harvard University. – Harvard University

Die Tatsache, dass wir sie nicht sehen, heißt nicht, dass sie nicht existiert.“ Nein, Lisa Randall, derzeit wohl die berühmteste Physikerin der Welt, beschränkte sich bei ihrem Vortrag im zum Bersten gefülltem Lise-Meitner-Hörsaal der Uni Wien ganz und gar nicht auf solche Sätze, die man auf Englisch gern „Truisms“ nennt. Aber dieser passte wirklich wunderbar auf ihr Thema: „The Nature of Dark Matter“.

Polemisch könnte man ja sagen, dass das Weltbild der Physik heute dunkler ist denn je: 23 Prozent Dunkle Materie, 72 Prozent Dunkle Energie (die überhaupt ganz seltsam ist und von Randall in ihrem Vortrag nicht behandelt wurde), nur fünf Prozent Materie, wir wir sie sehen und kennen – also Materie, die vor allem aus Atomen besteht und mit elektromagnetischen Wellen (Licht) in Wechselwirkung ist.

Genau das tut die Dunkle Materie nicht, und darum können wir sie nicht sehen. Ihre Wirkung schon: So kommen die gängigen Modelle der Galaxien und der Galaxienhaufen nicht ohne die Annahme einer Dunklen Materie aus. Ohne deren Gravitationswirkung hätten sich die Galaxien gar nicht bilden können, erklärte Randall. Grob gesprochen, glauben die Astrophysiker heute, dass sich die Dunkle Materie zu kugelförmigen Strukturen zusammenballt. Kugelförmig ist ja auch der Halo einer Galaxie, er enthält ältere Sterne als die Scheibe der Galaxie.

Was aber ist die Dunkle Materie? Besteht sie überhaupt aus Teilchen? „Bis vor Kurzem waren die populärsten Kandidaten die sogenannten Wimps“, sagte Randall – und fragte: „Weiß jeder hier, was Wimps sind?“

Freilich wussten alle anwesenden Physiker das! Wimp heißt wörtlich Schwächling, ist ein Akronym für „weakly interacting particle“. Ein Teilchen also, das – neben der Gravitation natürlich – nur der schwachen Kraft unterliegt, nicht der starken Kraft, nicht der elektromagnetischen. „So gut wie alle, die nach Dunkler Materie suchen, suchen nach Wimps“, sagte Randall. Leider hat man sie nicht gefunden, nicht in den Teilchenbeschleunigern, nicht in den riesigen unterirdischen Tanks, wo man Teilchenreaktionen bemerken sollte, an denen sie beteiligt sind.

Welche Alternative schlägt Randall vor? Dunkle Materie, die schon andere Wechselwirkungen als die Gravitation kennt – allerdings mit sich selbst. Die vielleicht eine eigene Art von Elektromagnetismus hat: Von „Dunklem Licht“ sprach Randall – und erwog, dass ja auch denkbar wäre, dass nur ein Teil der Dunklen Materie solche exotischen Wechselwirkungen kenne. So könnte man erklären, dass auch die Halos von Galaxien nicht ganz kugelsymmetrisch sind, weil die Dunkle Materie sich zu einer „Dunklen Scheibe“ zusammenballt.

 

Schuld am Sauriersterben?

Randall und ihre Kollegen sind schon dabei, ihre Ideen an astronomischen Daten zu prüfen. Deren es ja immer mehr gibt: Auch die Astronomie sei in der Phase der „Big Data“, sagte Randall. Für Laien am faszinierendesten ist wohl die Idee, dass eine gewisse Periodizität der auf die Erde stürzenden Asteroiden – ein solcher hat etwa zum Aussterben der Dinosaurier beigetragen – durch Dunkle Materie zu erklären sein könnte. In diesem Sinn hat Randall eines ihrer populärwissenschaftlichen Bücher „Dark Matter and the Dinosaurs“ genannt.

Populär geworden ist auch das Randall-Sundrum-Modell, nach dem das Universum in einer fünfdimensionalen Raumzeit eingebettet ist, sich aber nur die Gravitation in die fünfte Dimension erstreckt. Von dieser – und überhaupt von höheren Dimensionen – sprach Randall bei ihrem Vortrag gar nicht. Warum nicht? Auf diese Frage antwortete sie sympathisch prosaisch: Weil sie für ihre derzeitigen Modelle mit vier Dimensionen auskomme. Auch in diesen gibt es noch genug theoretische Abenteuer . . .

("Die Presse", Print-Ausgabe, 25.10.2017)

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