Suche nach leichter dunkler Materie mit Quantendetektoren

Anhand von Astrophysikalischen Beobachtungen lässt sich mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit sagen, dass lediglich 37% der existierenden Materie in unserem Universum sichtbar sind. Der weitaus größere Teil besteht aus nicht sichtbarer, dunkler Materie, Teilchen die also nicht mit Licht wechselwirken. Aufbauend auf weiteren Beobachtungen kann darauf geschlossen werden, dass Materie in dieser Form in der gesamten Milchstraße und damit auch in unserem Sonnensystem vorhanden ist. Das bedeutet, dass dunkle Materie Teilchen auch auf der Erdoberfläche nachgewiesen und charakterisiert werden können. Dieses Vorhaben stellt eines der großen Probleme der modernen Teilchenphysik dar. Die meisten vorhandenen Experimente konzentrierten sich auf die Suche nach schweren dunkle Materie Teilchen. Für diesen Zweck wurde die Wechselwirkung derartiger Teilchen mit bspw. mehreren 1000 kg Flüssiggas studiert. Nichts desto trotz konnten bis jetzt nur möglicheMassebereiche ausgeschlossenwerden. Darüberhinaus wurden einige der zugrundeliegenden Modelle aus der theoretischen Physik durch aktuelle Beschleunigerexperimente widerlegt. Aus diesen Gründen stößt die Suche nach leichten dunkle Materie Teilchen aktuell auf ein verstärktes Interesse. Umso leichter solche Teilchen sind, desto mehr von ihnen müssen vorhanden sein. Dies hat zur Folge, dass schon Detektoren mit vergleichsweise geringen Massen von wenigen kg ausreichen, um Wechselwirkungen mit derartigen Teilchen festzustellen. Um dies zu bewerkstelligen, schlagen wir den Einsatz von hochspezialisierten, rauscharmen Siliziumdetektoren vor. Mögliche Wechselwirkungsprozesse von dunkler Materie könnten einige wenige Elektronen anregen. Um dieses ausgesprochen kleine Signal nachzuweisen, muss der Detektor ein Rauschen weit unterhalb eines Elektrons aufweisen. Die Entwicklung und der Betrieb derart rauscharmer Instrumente benötigen umfassende Studien und Vorbereitungen. Beispielsweise müssen Hintergrundereignisse aufgrund von Verunreinigungen aber auch thermisch angeregter Elektronen verstanden und soweit möglich in einen weiterentwickelten Detektor reduziert werden, um den Grundstein für weitere Fortschritte in der Suche nach Dunkler Materie zu legen.