Rund 85 Prozent der Masse im Universum bestehen aus einem Stoff, den noch nie jemand direkt nachgewiesen hat. Nun sorgt ein Experiment tief unter der Erde von South Dakota für Aufsehen: Der mit zehn Tonnen flüssigem Xenon gefüllte LZ-Detektor hat ein einzelnes Ereignis registriert, das sich mit bekannter Materie kaum erklären lässt. Sollte tatsächlich Dunkle Materie dahinterstecken, hätte das verantwortliche Teilchen mehr als die 200-fache Masse eines Protons.
Die Existenz der Dunklen Materie erschließt sich bislang nur indirekt. Galaxien rotieren so schnell, dass ihre sichtbaren Sterne und Gaswolken sie längst auseinandergerissen haben müssten, und Licht ferner Objekte wird auf dem Weg zur Erde stärker abgelenkt, als die sichtbare Masse erklären kann. Aus solchen Beobachtungen folgern Kosmologen, dass eine unsichtbare Substanz den Großteil der Masse im Universum stellt. Ein führender Kandidat dafür sind sogenannte WIMPs, schwach wechselwirkende massereiche Teilchen, die weder Licht aussenden noch reflektieren und nur äußerst selten mit gewöhnlicher Materie in Kontakt treten. Genau diese extrem seltenen Begegnungen versuchen Experimente wie LZ einzufangen, indem sie riesige Mengen eines ultrareinen Nachweismediums über Jahre hinweg überwachen.
Das LUX-ZEPLIN-Experiment, kurz LZ, gilt dabei als empfindlichster Detektor seiner Art. Die internationale Kollaboration aus rund 250 Wissenschaftlern von 39 Institutionen betreibt ihn unter Federführung des Lawrence Berkeley National Laboratory in der Sanford Underground Research Facility in South Dakota, einem Untergrundlabor in einer ehemaligen Goldmine. Etwa 1,6 Kilometer Gestein schirmen den Detektor dort gegen die kosmische Strahlung ab, die an der Oberfläche jedes schwache Signal überdecken würde. Herzstück ist ein Tank mit zehn Tonnen flüssigem Xenon, umgeben von hochempfindlichen Lichtsensoren. Trifft ein Teilchen auf einen Xenon-Atomkern, entstehen winzige Lichtblitze und Ladungssignale, aus denen sich Energie und Ort der Wechselwirkung rekonstruieren lassen.
Für die neue Auswertung nahm sich die Kollaboration 220 Messtage aus dem Zeitraum zwischen März 2023 und April 2024 erneut vor, wie das Berkeley Lab berichtet, und suchte diesmal nach einem breiteren Spektrum möglicher WIMP-Wechselwirkungen, die mehr Energie im Detektor hinterlassen als die einfachsten Modelle vorhersagen. In genau dieser Region fand das Team ein einzelnes Ereignis, das sich mit den bekannten Untergrundquellen aus gewöhnlicher Materie nur schwer erklären lässt. Monatelang prüften die Forscher daraufhin alle denkbaren Störquellen, von radioaktiven Spuren in den Materialien bis zu Neutronen aus dem umgebenden Gestein. Das Ereignis blieb übrig, ausgerechnet in dem Energiebereich, in dem die Teilchenphysik ein Signal der Dunklen Materie erwartet.
Trotz der Aufregung bleibt die Kollaboration betont zurückhaltend. Die statistische Signifikanz der Analyse liegt bei 2,6 Sigma, was bedeutet, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 0,5 Prozent doch bekannte Untergrundprozesse das Ereignis erzeugt haben könnten. Als Entdeckung gilt in der Teilchenphysik erst ein Resultat ab fünf Sigma. LZ-Sprecher Rick Gaitskell von der Brown University betonte bei der Vorstellung der Ergebnisse, man beanspruche ausdrücklich nicht, Dunkle Materie gesehen zu haben, wolle den ungewöhnlichen Fund aber der Fachwelt zur Diskussion vorlegen, wie die Brown University mitteilt. Vorgestellt wurde die Analyse am 1. September 2026 auf der Konferenz TeV Particle Astrophysics in Japan. Ein einzelnes Ereignis kann mit wachsender Datenmenge statistisch verschwinden oder zum ersten Glied eines Musters werden.
Sollte das Signal tatsächlich von Dunkler Materie stammen, ließe sich daraus bereits Erstaunliches ablesen. Die Energie des Ereignisses passt zu einem WIMP mit einer Masse von mindestens 200 Gigaelektronenvolt, also mehr als der 200-fachen Protonenmasse. Zugleich wäre die Wechselwirkung komplizierter als im einfachsten WIMP-Modell, das LZ ursprünglich ins Visier genommen hatte. Theoretiker verweisen auf gut begründete Erweiterungen wie inelastische oder impulsabhängige Streuung, die ein solches Muster erzeugen könnten. Gerade die vergleichsweise hohe Energie macht den Fund für viele Beteiligte so interessant, denn sie widerspricht nicht nur den bekannten Störquellen, sondern auch den simpelsten Erwartungen an das gesuchte Teilchen. Das Universum wäre damit noch etwas rätselhafter, als es die Standardmodelle ohnehin zeichnen.
Die Antwort auf die entscheidende Frage kann nur mehr Messzeit liefern. LZ hat bereits den weltweit größten Datensatz zur direkten Suche nach Dunkler Materie angesammelt und soll im Untergrundlabor von South Dakota noch bis etwa 2028 weiterlaufen. Mit jedem zusätzlichen Messtag steigt die Chance, dass entweder weitere vergleichbare Ereignisse auftreten und das Signal an Signifikanz gewinnt oder dass es sich als statistischer Ausreißer entpuppt. Beide Ausgänge wären für die Teilchenphysik wertvoll, denn auch ein Ausschluss engt die möglichen Eigenschaften der gesuchten Teilchen weiter ein. Sollte sich der Hinweis dagegen erhärten, stünde die Physik vor einem historischen Moment: dem ersten direkten Kontakt mit jener unsichtbaren Substanz, die das Universum seit seiner Frühzeit zusammenhält.