WIMP

WIMP steht für Weakly Interacting Massive Particle (schwach wechselwirkendes massives Teilchen) und beschreibt eine Klasse hypothetischer Teilchen, die seit den 1980er-Jahren als vielversprechendster Kandidat für die Dunkle Materie gehandelt werden. WIMPs sollen eine Masse im Bereich von zehn bis tausend Protonenmassen besitzen und nur über die schwache Kernkraft und die Gravitation mit normaler Materie interagieren.

Der Reiz des WIMP-Konzepts liegt in einem bemerkenswerten Zufall, dem sogenannten WIMP-Wunder (WIMP miracle): Wenn man ein Teilchen mit den typischen Eigenschaften eines WIMPs (Masse im GeV-bis-TeV-Bereich, schwache Wechselwirkungsstärke) durch die thermische Geschichte des Universums laufen lässt, ergibt sich automatisch eine Überbleibselmenge, die ziemlich genau der beobachteten Dunklen-Materie-Dichte entspricht. Das scheint zu gut zu sein, um Zufall zu sein.

Der prominenteste theoretische WIMP-Kandidat ist das Neutralino aus der Supersymmetrie, das leichteste supersymmetrische Teilchen (LSP), das in vielen Modellen stabil wäre und genau die gesuchten Eigenschaften mitbrächte. Da der Large Hadron Collider bislang keine supersymmetrischen Teilchen gefunden hat, ist dieser theoretische Rahmen unter Druck geraten, was auch die Suche nach WIMPs insgesamt betrifft.

Mehrere groß angelegte Experimente suchen nach WIMPs auf verschiedenen Wegen: Unterirdische Detektoren wie XENON1T (jetzt XENONnT), LUX-ZEPLIN und PandaX warten tief unter der Erde auf den seltenen Zusammenstoß eines WIMPs mit einem Atomkern, abgeschirmt gegen kosmische Strahlung. SuperCDMS nutzt ultrakalte Kristalldetektoren, um noch leichtere Kandidaten aufzuspüren. Der Large Hadron Collider versucht, WIMPs direkt zu erzeugen. Und Satelliten wie Fermi suchen nach Gammastrahlung aus WIMP-Annihilation im All. Bisher wurde kein eindeutiges Signal gefunden, was den zulässigen Parameterraum erheblich einschränkt.

Falls WIMPs nicht existieren, rücken alternative Kandidaten in den Fokus: Axionen (extrem leichte Teilchen) oder primordiale Schwarze Löcher. Die Frage nach der Natur der Dunklen Materie bleibt eines der größten ungelösten Rätsel der Physik. In der Science-Fiction wird Dunkle Materie häufig als exotische Substanz mit ungewöhnlichen Eigenschaften dargestellt, etwa in Liu Cixins Trisolaris-Trilogie, wo Manipulationen auf subatomarer Ebene zur Waffe gegen die Menschheit werden.