Die Universität Coimbra hat bekannt gegeben, dass die LUX-ZEPLIN (LZ) Kollaboration erstmals Wechselwirkungen von Sonnenneutrinos mit Atomkernen beobachtet hat. Außerdem hat sie die strengsten Grenzen in der direkten Suche nach leichter Dunkler Materie erreicht.

Das Labor für Instrumentierung und experimentelle Teilchenphysik (LIP) der Fakultät für Wissenschaften und Technologie der Universität Coimbra (FCTUC) ist ein Gründungsmitglied der internationalen LZ-Kollaboration.

„Die Existenz und die Natur der Dunklen Materie sind grundlegende Fragen für das Verständnis des Universums. Bisher konnten wir sie nicht direkt beobachten, aber diese Ergebnisse ermöglichen es uns, besser zu verstehen, wie sie mit normaler Materie interagieren könnte“, erklärte Isabel Lopes, Professorin an der FCTUC und Forscherin am LIP, die die portugiesische Gruppe in der internationalen Kollaboration leitet.

Laut der Universität Coimbra stellen diese Ergebnisse einen Meilenstein in der Teilchenphysik dar und eröffnen ein neues Fenster für das Studium des Inneren der Sonne.

Das LZ-Experiment hat die restriktivsten bekannten Grenzen für Dunkle Materie-Partikel vom Typ WIMPs (weakly interacting massive particles) festgelegt, insbesondere für Massen unter 9 GeV/c², nach der Analyse des größten Datensatzes, der über einen Dunkle-Materie-Detektor während 417 Tagen Betriebszeit zwischen März 2023 und April 2025 gewonnen wurde.

Die Sensibilität des Detektors ermöglichte es zudem, erstmals Wechselwirkungen von Sonnenneutrinos mit Atomkernen zu beobachten, und zwar durch den Prozess, der als elastisches kohärentes Streuen von Neutrinos mit dem Kern (CEvNS) bekannt ist.

LZ ist das erste Experiment, das diesen Prozess bei Sonnenneutrinos mit einer Signifikanz von 4,5 Sigma beobachtet hat, was über dem traditionellen 3-Sigma-Grenzwert liegt, der allgemein für eine Beobachtung als „Beweis“ angesehen wird.

Das neue Ergebnis stellt den ersten „Beweis“ für ein Signal von CEvNS aus extraterrestrischen Neutrinos dar. Laut Paulo Brás, einem Forscher am LIP und Co-Koordinator der Physik der LZ-Kollaboration, ist die Neuheit nicht nur die Detektion von Sonnenneutrinos, sondern auch der extrem subtile Mechanismus, durch den sie beobachtet wurden. „Wir sprechen hier von nur wenigen Photonen und Elektronen pro Wechselwirkung, was die außergewöhnliche Sensibilität des LZ-Detektors demonstriert“, betonte er.

Die LZ-Kollaboration besteht aus rund 250 Wissenschaftlern und Ingenieuren von 37 Institutionen aus den Vereinigten Staaten, dem Vereinigten Königreich, Portugal, der Schweiz, Australien und Südkorea. Das LZ-Experiment wird seine Datensammlung bis 2028 fortsetzen, mit dem Ziel, 1.000 Tage der Datenakquise zu erreichen und die Erforschung noch niedrigerer WIMP-Massen zu vertiefen.