Im Standardmodell der Kosmologie kann die Bewegung von sichtbarer Materie, zum Beispiel von Sternen, die das Galaxienzentrum umkreisen, nur durch die Annahme einer Dunklen Materie erklärt werden. Durch sie wird die beobachtete Gravitation der Himmelskörper nachvollziehbar. Jedoch: Sie ist nicht sichtbar – genauso wie die Dunkle Energie, durch die die beschleunigte Expansion des Universums erklärt wird. Laut Standardmodell besteht das Universum nur zu knapp fünf Prozent aus Atomen, der überwiegende Rest, Dunkle Materie (23 Prozent) und Dunkle Energie (72 Prozent), ist unbekannt. Am Mittwoch lädt das Institut für Hochenergiephysik (Hephy) der Akademie der Wissenschaften in das Statt-Beisl im Wuk (Währinger Straße 59, 1090 Wien, Einlass ab 17.45, bis 20 Uhr), um "über das Rätsel der Dunklen Materie ins Gespräch zu kommen". Wir haben Hephy-Direktor Jochen Schieck vorab schon ein paar Fragen gestellt.

STANDARD: Wir wissen nur von fünf Prozent unseres Universums, woraus es besteht. Warum?

Schieck: Mit verschiedenen Messungen können wir präzis den gesamten Energieinhalt des Universums bestimmen. Der Begriff Energie enthält dabei auch Materie, da wir seit Albert Einstein Energie und Masse über E=mc² gleichsetzen können. Wenn man die Messung mit der Menge unseres sichtbaren Universums vergleicht, stellt man fest, dass wir nur etwa fünf Prozent beobachten beziehungsweise mit unseren bekannten Gesetzen erklären können.

STANDARD: Was weiß man über die Dunkle Materie?

Schieck: Sicher wissen wir nur, dass wir deutlich mehr Anziehung durch Gravitation beobachten, als wir durch die Gravitation der sichtbaren Materie erwarten. Wir gehen davon aus, dass diese Gravitation durch Materie erzeugt wird, die wir nicht sehen können – daher der Begriff Dunkle Materie. Das diese fehlende Gravitation durch eine unsichtbare Materie erzeugt wird, ist allerdings eine Annahme – jedoch eine sehr gute, wie ich denke.

STANDARD: Stehen Dunkle Materie und Dunkle Energie in einer Wechselwirkung zueinander?

Schieck: Wir kennen die Gesamtenergie des Universums. Die Dunkle Energie ist der Teil des Energieinhalts des Universums, den man nicht mit der uns bekannten Materie und mit der Dunklen Materie erklären kann. Es stellt sich heraus, dass heute gut 70 Prozent des Energieinhalts des Universums genau aus dieser Dunklen Energie bestehen. Die Prozentzahlen verändern sich allerdings mit der Entwicklung des Universums. Als sich das Licht 380.000 Jahre nach dem Urknall von der Materie entkoppelt hat, dominierte die Dunkle Materie den Energiehaushalt des Universums. Die Dominanz der Dunklen Energie existiert im Vergleich dazu erst seit "kurzem".

STANDARD: Warum sind bisher alle Versuche einer Erklärung für die Dunkle Materie gescheitert?

Schieck: Das ist sicher kein Grund zur Verzweiflung, die Möglichkeiten zur Realisierung sind enorm, und es könnte durchaus sein, dass wir sie bald finden. Es kann allerdings auch sein, dass wir noch lange suchen müssen. Der mögliche Parameterraum ist riesig, und wir haben ihn lange noch nicht vollständig durchsucht.

STANDARD: Welche Technologien braucht man, um das Rätsel doch noch lösen zu können?

Schieck: Momentan gibt es zwei verschiedene Ansätze, um der Lösung des Rätsels der Dunklen Materie näherzukommen. Einerseits vergrößert man die Experimente, um noch sensitiver für extrem schwache Wechselwirkungen zu werden. Im zweiten Ansatz steigert man die Empfindlichkeit für noch leichtere Dunkle-Materie-Kandidaten, man optimiert die Experimente, um möglichst kleine Energieüberträge messen zu können. Das ist der Ansatz, den wir am Hephy verfolgen, um noch empfindlicher für leichte Dunkle Materie zu sein.

STANDARD: Welche Forschungsvorhaben sind derzeit die vielversprechendsten?

Schieck: Wir wissen nicht, wie die Natur die Dunkle Materie realisiert hat, und aus diesem Grund kann man meiner Meinung nach auch nicht sagen, ob ein experimenteller Ansatz im Vergleich zu anderen vielversprechender ist. Solange ein möglicher Parameterraum noch nicht ausgeschlossen ist, sind alle Richtungen gleich wichtig. Manchmal gibt es vielleicht persönliche Vorlieben für eine bestimmte Richtung, wirklich harte wissenschaftliche Fakten sind es eigentlich nicht.

STANDARD: Warum fasziniert Sie persönlich die Dunkle Materie?

Schieck: Die Suche nach der Dunklen Materie ist eine der ganz großen Fragen der Natur. Es gibt viele Messungen mit unterschiedlichen Methoden, die alle konsistent zu viel Gravitation beobachten. Was die tieferliegenden physikalischen Grundlagen dieses Missverhältnisses sind, wissen wir nicht – und das, obwohl dieses Phänomen vor beinahe 100 Jahren das erste Mal gemessen wurde. Das ist für mich sehr faszinierend. Es ist total spannend, Teil einer internationalen Forschungsgemeinschaft zu sein, die versucht, dieses Rätsel endlich zu lösen. Man hat vielleicht die einmalige Chance, zu einem Paradigmenwechsel in der Physik beizutragen. (Peter Illetschko, 31.10.2018)