🚀

Dunkle-Materie-Detektor-Simulator

Suchen Sie nach unsichtbaren Teilchen in einem virtuellen Untergrundlabor

🚀 Jetzt ausprobieren

Was ist Dunkle-Materie-Detektion?

Dunkle Materie macht 85 % aller Masse im Universum aus, ist aber völlig unsichtbar. Tief unter der Erde vergrabene Detektoren nutzen flüssiges Xenon, um den unglaublich seltenen Moment einzufangen, wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen auf ein gewöhnliches Atom trifft — wie das Fühlen eines unsichtbaren kosmischen Windes.

Warum ist das wichtig? Das Verständnis der Dunklen Materie würde die Physik revolutionieren und die verborgene Struktur unseres Universums enthüllen. Das LZ-Experiment — der empfindlichste Detektor der Welt — ist 3 Millionen Mal empfindlicher als frühe Detektoren.

🎯 Simulator-Tipps

📚 Glossar

WIMP
Schwach wechselwirkendes massives Teilchen – ein führender theoretischer Kandidat für Dunkle Materie. WIMPs hätten eine mit schweren Atomen vergleichbare Masse, interagieren jedoch nur durch die Schwerkraft und die schwache Kernkraft, was ihre Entdeckung äußerst schwierig macht.
Liquid Xenon TPC
Zeitprojektionskammer, gefüllt mit hochreinem flüssigem Xenon. Wenn ein Teilchen mit Xenon interagiert, erzeugt es sowohl Licht (Szintillation) als auch freie Elektronen, was eine 3D-Rekonstruktion des Ortes und der Energie des Ereignisses ermöglicht.
Nuclear Recoil
Der Rückprall eines Atomkerns, nachdem er von einem einfallenden Teilchen getroffen wurde. Bei der Suche nach Dunkler Materie wird nach Xenon-Kernen gesucht, die von WIMP-Kollisionen zurückschrecken und charakteristische Licht- und Ladungssignale erzeugen.
CEvNS
Kohärente elastische Neutrino-Kernstreuung – ein Prozess, bei dem ein Neutrino mit einem gesamten Atomkern und nicht mit einzelnen Nukleonen interagiert. Es wurde erstmals 2017 beobachtet und erzeugt Signale, die dunkle Materie imitieren können.
Neutrino Fog
Der Hintergrund von Neutrinosignalen (insbesondere von solaren Neutrinos), der bei sehr niedrigen Energien nicht mehr von potenziellen Signalen dunkler Materie zu unterscheiden ist, schafft eine grundlegende Empfindlichkeitsuntergrenze für Detektoren.
Cross Section
Ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Teilchen interagieren. In der Physik der Dunklen Materie wird damit quantifiziert, wie wahrscheinlich es ist, dass ein WIMP an einem Kern zerstreut wird. Gemessen in Quadratzentimetern (cm²) oder Picobarns.
Background Events
Wechselwirkungen mit nicht-dunkler Materie, die ein WIMP-Signal nachahmen können, einschließlich kosmischer Strahlung, radioaktivem Zerfall von Detektormaterialien und Neutrino-Wechselwirkungen. Die Reduzierung des Hintergrunds ist der Schlüssel zur Detektorempfindlichkeit.
Scintillation
Die Emission von Licht, wenn ein Teilchen Energie in ein Material einbringt. In Flüssig-Xenon-Detektoren werden sowohl der anfängliche Blitz (S1) als auch ein verzögertes Signal von driftenden Elektronen (S2) aufgezeichnet.
Fiducial Volume
Der innere Bereich des Detektors, in dem die Messungen am zuverlässigsten sind, entfernt von Kanten, wo die Hintergrundstrahlung von den Detektorwänden höher ist.
Discrimination
Die Fähigkeit, nukleare Rückstöße (potenzielle Signale dunkler Materie) von Elektronenrückstößen (Hintergründen) anhand des Verhältnisses von Licht- zu Ladungssignalen zu unterscheiden.
GeV/c²
Gigaelektronenvolt geteilt durch Lichtgeschwindigkeit im Quadrat – eine Masseneinheit, die in der Teilchenphysik verwendet wird. Ein Proton hat eine Masse von etwa 0,938 GeV/c². Es wird angenommen, dass WIMPs zwischen einigen GeV/c² und mehreren TeV/c² liegen.
SURF
Sanford Underground Research Facility – befindet sich in Lead, South Dakota, fast eine Meile (1.478 m) unter der Erde in der ehemaligen Homestake-Goldmine. Beherbergt das LZ-Experiment.

🏆 Schlüsselpersonen

Fritz Zwicky (1933)

Die Existenz dunkler Materie (Dunkle Materie) wurde erstmals 1933 auf der Grundlage von Beobachtungen des Coma-Galaxienhaufens vorgeschlagen

Vera Rubin (1970s)

Durch detaillierte Messungen der Galaxienrotationskurven wurden überzeugende Beweise für dunkle Materie geliefert, die zeigten, dass Sterne schneller umkreisen, als sichtbare Materie allein erklären könnte

Rick Gaitskell (2022-present)

Sprecher des LZ-Experiments an der Brown University, leitete die Zusammenarbeit, die im Laufe seiner Karriere eine dreimillionenfache Verbesserung der Detektorempfindlichkeit erreichte

Chamkaur Ghag (2024)

Der internationale Sprecher von LZ mit Sitz am UCL leitete wichtige Aspekte der WIMP-Suchanalyse und Detektorentwicklung

Ray Davis Jr. (1968)

Nobelpreisgekrönter Neutrinophysiker, dessen jahrzehntelanges Homestake-Experiment in derselben Höhle in South Dakota heute LZ beherbergt

Dan McKinsey (2012)

Mitbegründer des LZ-Experiments und Pionier der Flüssig-Xenon-Detektortechnologie am UC Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory

Hugh Lippincott (2024-2025)

UCSB-Experimentalphysiker und wichtiger LZ-Mitarbeiter, der dazu beigetragen hat, Grenzen für die Eigenschaften der Dunklen Materie von WIMP festzulegen

🎓 Lernressourcen

💬 Nachricht an Lernende

Dunkle Materie ist eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft – wir wissen, dass sie da draußen ist und das Universum formt, aber wir haben sie nie direkt erwischt. Jedes Nullergebnis von Experimenten wie LZ ist kein Fehlschlag; Es ist ein Schritt näher an dem Verständnis, was dunkle Materie wirklich ist. Der Detektor, den Sie simulieren, repräsentiert Jahrzehnte menschlichen Einfallsreichtums und die Zusammenarbeit von 250 Wissenschaftlern aus 37 Institutionen. Vielleicht werden Sie inspiriert, sich der nächsten Generation von Jägern der Dunklen Materie anzuschließen. Denken Sie daran: Das Universum ist größtenteils unsichtbar, und die Entdeckung dessen, was sich im Dunkeln verbirgt, könnte alles, was wir über die Realität wissen, verändern.

Loslegen

Kostenlos, ohne Anmeldung

Loslegen →