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Dunkle Materie und WIMPS?

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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tomS
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Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von tomS » 14. Apr 2011, 08:13

Vom Team am XENON100 am Gran Sasso Labor wurden die Ergebnisse eines 100-Tags Runs analysiert und jetzt veröffentlicht. Dabei werden erneut deutliche Constraints für die Existenz bzw. Eigenschaften von WIMPS bzw. generell Teilchen der Dunklen Materie postuliert. Natürlich kann man mit einem derartigen Detektor nicht die Existenz der DM selbst ausschließen, sondern nur die Stärke der WW mit normaler Materie, aber das wiederum führt zu Erkenntnissen bzgl. der möglichen Wechselwirkungsstruktur sowie generell der theoretischen Modelle für die DM (z.B. SUSY). Am Gran Sasso wurden bereits Experimente zu Neutrino-Oszillationen durchgeführt sowie Experimente, die letztlich dazu geführt haben, dass die SU(5) und SO(10) GUTs verworfen werden mussten.

http://xenon.physics.rice.edu/

http://arxiv.org/abs/1104.2549
Dark Matter Results from 100 Live Days of XENON100 Data
Authors: XENON100 Collaboration: ...
(Submitted on 13 Apr 2011)
Abstract: We present results from the direct search for dark matter with the XENON100 detector, installed underground at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso of INFN, Italy. XENON100 is a two-phase time projection chamber with a 62 kg liquid xenon target. Interaction vertex reconstruction in three dimensions with millimeter precision allows to select only the innermost 48 kg as ultra-low background fiducial target. In 100.9 live days of data, acquired between January and June 2010, no evidence for dark matter is found. Three candidate events were observed in a pre-defined signal region with an expected background of 1.8 +/- 0.6 events. This leads to the most stringent limit on dark matter interactions today, excluding spin-independent elastic WIMP-nucleon scattering cross-sections above 7.0x10^-45 cm^2 for a WIMP mass of 50 GeV/c^2 at 90% confidence level.


This result excludes a large fraction of previously unexplored WIMP parameter space, and cuts into the region where supersymmetric WIMP dark matter is accessible
by the LHC [17]. Moreover, the new result challenges the interpretation of the DAMA [19] and CoGeNT [18] results as being due to light mass WIMPs.
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Re: Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von gravi » 14. Apr 2011, 19:32

Der Nachweis ist damit zwar nicht gelungen, allem Anschein nach - wie ich in diversen Veröffentlichungen in letzter Zeit las - ist man doch davon überzeugt, dass die DM aus irgendwelchen exotischen Teilchen bestehen muss. Also eher nicht aus MACHO's oder SL's u.ä.

Wie denkst Du persönlich darüber, hältst Du es auch für wahrscheinlich, dass es solche Teilchen geben muss?
Es könnte ja auch sein, dass unsere Technik noch nicht weit genug entwickelt ist, um diese zu finden...

Gruß
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Re: Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von tomS » 14. Apr 2011, 21:14

Die DM hat ja zwei verschiedene Aspekte, nämlich zum einen den astrophysikalischen (Galaxienrotation, Galaxienbildung, Strukturentstehung im Universum), da gibt es etliche indirekte Hinweise, die will ich nicht in Zweifel ziehen oder a la MOND umdeuten; zum anderen aber eben auch den Aspekt im Rahmen der Elementarteilchenphysik. Hier ergeben sich aus der SUSY ganz zwanglos einige Kandidaten (u.a. das Neutralino). Aber die SUSY selbst ist alles andere als zwanglos, da man für ihre spontane Brechung recht künstliche Konstrukte einführen muss. D.h. die SUSY an sich ist elegant, gebrochene SUSY ist hässlich. Ich bin da sehr zwiegespalten.

Die Existenz von SUSY-Teilchen / WIMPS am Gran Sasso und ähnlichen Experimenten nachzuweisen dürfte extrem schwierig sein. Beschleuniger sind da besser geeignet. Allerdings sind diese natürlich bzgl. ihrer Energie begrenzt, die SUSY könnte somit immer "gerade noch nicht erreichbar sein". Der LHC ist auch nicht gerade prädestiniert für die SUSY Forschung, dazu bräuchte man besser einen Elektronen-Linearbeschleuniger, der aber heute technisch und finanziell nicht realisierbar ist. Mit dem LHC kann man etwas finden, aber der Hintergrund ist extrem hoch (siehe auch "fünfte Kraft"), d.h. man kann den Schleier wohl nur etwas lüften.

Letztlich sehe ich aber ggw. zu WIMPS / CDM keine echte Alternative. Und dann sehe ich wiederum keine besseren Kandidaten als de SUSY.
Gruß
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Re: Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von tomS » 14. Apr 2011, 21:40

[quote="Peter Woit at "Not even wrong"]One motivation for supersymmetry has always been that it can provide a WIMP with the right properties to explain astrophysical dark matter observations. This new data rules out some (if you use the SUSY expectations plotted in the new paper), or most (if you use the expectations plotted in the CDMS paper) of the possible parameter space where such a particle is expected, providing yet another nail in the SUSY coffin. [/quote]
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Re: Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von belgariath » 15. Apr 2011, 18:54

Hier nochmal das Ergebnis des papersauf leichter Verständliche Weise:

Neue Grenzen für Dunkelmaterie-Partikel
http://www.astronews.com/news/artikel/2 ... -018.shtml
Der harmonische Oszillator ist die Drosophila der Physiker (Carsten Honerkamp)
Eine Welle ist, was so wackelt (Andrei Pimenov)
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Re: Dunkle Materie und WIMPS?

Beitrag von gravi » 15. Apr 2011, 19:25

Die allgemeine Meinung scheint aktuell doch eher Richtung WIMP's zu tendieren. Die MACHO's rücken immer mehr in den Hintergrund, auch wenn man nicht ausschließen kann, dass im frühen Kosmos z.B. massenweise Schwarze Löcher entstanden. Einerseits hat die Millenium- Simulation ja eindeutig gezeigt, dass selbst die höchst massereichen Löcher (Quasare) sehr früh gebildet wurden. Andererseits sind die Brill- Wellen ja auch noch nicht vom Tisch - die könnten auch ihren Beitrag leisten.

Ein Neutralino oder Photino wäre mir ja auch sympathisch - nur was, wenn sie sich nicht finden lassen?
Das ist 'ne ganz spannende Kiste!

Gruß
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