Schon seit tausenden Jahren versuchen Menschen, die Mechanismen des Universums zu verstehen. Im letzten Jahrhundert wurden viele Fragen beantwortet. Doch Dunkle Materie gehört zu den Phänomenen, die Forscher*innen immer noch Kopfzerbrechen bereiten. Mit einer aktuellen Entdeckung könnte sich das ändern.

Dunkle Materie: So wollen Forscher den Blick erhellen

Dunkle Materie zeichnet sich, wie der Name schon verrät, vor allem dadurch aus, dass sie nicht leicht zu sehen ist. „Helle“ Materie ist zum Beispiel ein Planet, Staub, der im Universum herumfliegt, also alles, was sichtbar ist. Aber Forscher*innen nehmen wegen des Verhaltens zahlreicher Himmelskörper an, dass 85 Prozent aller Materie zu der unsichtbaren Kategorie gehört. Das Problem dabei ist, dass ein Nachweis ihrer Existenz damit sehr schwer gemacht wird. Wissenschaftler*innen der Universität Singapur meinen nun, eine Lösung für dieses Problem gefunden zu haben.

Es gibt verschiedene Vermutungen, welche Art Materie der Hauptbestandteil von Dunkler Materie ist. Doch der größte Teil der Wissenschaft nimmt an, dass es sich um Axion handelt. Auch dieses Elementarteilchen wurde noch nie nachgewiesen, existiert also bisher nur in der Theorie, obwohl seit 40 Jahren Forscher*innen immer neue Versuche wagen. Eine Möglichkeit zum Nachweis besteht darin, zu belegen, dass bekannte Partikel sich wie Axione verhalten. Bei einem Experiment konnte genau das nun erreicht werden.

Die Wissenschaftler*innen bauten eine Kristallstruktur, die zeigen konnte, dass Photonen sich innerhalb der Struktur genau wie die angenommenen Axione bewegen. Das hat überdies noch positive Nebeneffekte: So könnte, wie die Studie verrät, der Versuchsaufbau zusätzlich dabei helfen, bessere Quantencomputer zu entwickeln. Dunkle Materie ist damit zwar noch nicht entdeckt, aber ein großer Schritt wurde damit gemacht.

Lesetipp: Weltall: Forschern gelingt bahnbrechender Nachweis

Das bedeutet die Methode für die Wissenschaft

Die zugrundeliegende Vermutung ist, dass Axione sich in Photonen, also Lichtteilchen, verwandeln können. Diese können dann leicht mit traditionellen Methoden nachgewiesen werden, doch dadurch ist Dunkle Materie immer noch nicht belegt. Diesem Problem näherten sich die Forscher*innen mit einer anderen Annahme: Konvertierte Photonen sollen sich laut Phys.org anders bewegen als normale Photonen, wenn bestimmte magnetische Verhältnisse herrschen.

Also bildeten die Forscher*innen eine Struktur, die verschiedene Magnetfelder beinhaltete, und beobachteten das Verhalten der Photonen. Nach einiger Zeit trat genau der vermutete Effekt ein, was die Theorie der Axione bestätigen könnte. Eine Möglichkeit, um diese tatsächlich nachzuweisen, ist eine Modifikation der Kristallstruktur, wodurch dann endlich auch der erste Beweis für dunkle Materie erbracht wäre.

Quellen: Phys.org, „Photonic axion insulator“ (Science, 2025)

Seit dem 24. Februar 2022 herrscht Krieg in der Ukraine. Hier kannst du den Betroffenen helfen.