Ist das die erste Spur Dunkler Materie? Forscher finden rätselhaftes Signal

Dunkle Materie macht nach heutigem Verständnis rund 85 Prozent der Materie im Universum aus. Dennoch weiß bis heute niemand, woraus sie besteht. Nun sorgt eine Messung des LUX-ZEPLIN-Experiments in den USA für Aufmerksamkeit: Der Detektor registrierte ein einzelnes Teilchenereignis, das sich bislang keiner bekannten Störquelle überzeugend zuordnen lässt.

Das Signal könnte zu einer bislang nur theoretisch angenommenen Form Dunkler Materie passen. Der Treffer liegt in einem Bereich, in dem bestimmte Modelle für Dunkle Materie ein Signal erwarten lassen.

Die neue Analyse stammt von der internationalen LUX-ZEPLIN-Kollaboration, an der rund 250 Wissenschaftler und Ingenieure aus 39 Einrichtungen beteiligt sind. Das Experiment arbeitet im Sanford Underground Research Facility in South Dakota, rund 1,5 Kilometer unter der Erdoberfläche. Dort suchen die Forscher nach sogenannten WIMPs, schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen. Sie zählen zu den wichtigsten Kandidaten für Dunkle Materie.

Die Ergebnisse wurden auf der TeV Particle Astrophysics Conference 2026 vorgestellt und liegen inzwischen als Preprint vor; eine begutachtete Veröffentlichung in Physical Review Letters stand zum Zeitpunkt der Ankündigung noch aus.

Warum Dunkle Materie so schwer nachzuweisen ist

Dunkle Materie sendet kein Licht aus und reflektiert auch keines. Ihre Existenz erschließen Astronomen bislang vor allem aus ihrer Wirkung auf Sterne, Galaxien und andere sichtbare Materie. Ohne zusätzliche Masse würden sich viele Galaxien nach den bekannten physikalischen Gesetzen anders bewegen. Ein direkter Nachweis eines Dunkle-Materie-Teilchens fehlt aber trotz jahrzehntelanger Suche.

LUX-ZEPLIN soll solche extrem seltenen Wechselwirkungen aufspüren. Im Inneren des Detektors befinden sich zehn Tonnen hochreines flüssiges Xenon, davon rund sieben Tonnen im aktiven Detektorbereich. Trifft ein Teilchen auf einen Xenon-Atomkern und überträgt Energie, entstehen winzige Lichtsignale. Doch auch gewöhnliche Teilchen können solche Spuren hinterlassen. Deshalb schützen mehrere Barrieren das Experiment vor Störungen:

Rund 1,5 Kilometer Gestein schirmen einen großen Teil der kosmischen Strahlung ab.
Ein Wassertank und zusätzliche Detektoren helfen, Neutronen und andere bekannte Hintergrundsignale zu erkennen und auszusortieren.
Computermodelle vergleichen jedes Ereignis mit möglichen Störquellen.

Forscher finden einen ungewöhnlich hartnäckigen Ausreißer

Für die neue Studie wertete das Team Daten aus 220 Messtagen zwischen März 2023 und April 2024 aus. Frühere Untersuchungen hatten sich auf einfachere Formen möglicher WIMP-Wechselwirkungen konzentriert, bei denen vergleichsweise wenig Energie frei wird. Diesmal erweiterten die Forscher den untersuchten Energiebereich. Dort stießen sie auf das ungewöhnliche Ereignis.

„Wir sind sehr gespannt auf dieses Ereignis in einem Bereich, in dem wir Dunkle Materie erwarten und konkurrierende Hintergrundsignale sehr gering sind“, sagt LZ-Sprecher Rick Gaitskell von der Brown University. Dennoch warnt er vor voreiligen Schlussfolgerungen. „Bei nur einem Ereignis wollen wir uns nicht zu weit aus dem Fenster lehnen. Wir behaupten nicht, Dunkle Materie gesehen zu haben.“

Das Team prüfte monatelang, ob eine bekannte Ursache hinter dem Treffer stecken könnte. Bislang blieb die Suche erfolglos. „Wir verstehen unseren Detektor und die Hintergrundsignale so gut, dass selbst ein einzelnes herausragendes Ereignis wie dieses wichtig ist“, sagt Studienautor Sam Eriksen von der University of Bristol.

Dunkle Materie wäre nur eine mögliche Erklärung

Falls tatsächlich ein WIMP das Signal ausgelöst hat, müsste es nach den Berechnungen der Forscher eine Masse von mindestens 200 Gigaelektronenvolt pro Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat besitzen. Damit wäre das Teilchen mehr als 200-mal so schwer wie ein Proton. Zudem würde seine Wechselwirkung mit gewöhnlicher Materie über die einfachsten bisher untersuchten WIMP-Modelle hinausgehen.

Lokal erreicht der auffälligste Bereich eine Signifikanz von bis zu 3,4 Sigma. Berücksichtigen die Forscher jedoch den sogenannten Look-Elsewhere-Effekt, sinkt die globale Signifikanz auf 2,6 Sigma.

Was Sigma bei der Suche nach Dunkler Materie bedeutet

Was bedeuten diese Sigma-Werte? Ganz einfach: Je höher die Sigma-Zahl, desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein beobachteter Ausschlag nur durch statistischen Zufall entstanden ist.

1 Sigma: Ein solcher Ausschlag kann durch Zufall noch relativ häufig vorkommen.
2 Sigma: Auffällig, aber statistisch noch nicht besonders ungewöhnlich.
3 Sigma: Deutlich auffälliger, für einen Nachweis aber noch zu schwach.
4 Sigma: Ein mindestens so starker Zufallstreffer wäre nur noch ungefähr einmal unter 32.000 vergleichbaren Fällen zu erwarten.
5 Sigma: Wäre nur Zufall am Werk, würde ein mindestens so starker Ausschlag im Schnitt nur etwa einmal unter 3,5 Millionen vergleichbaren Fällen auftreten.
5,5 Sigma: Noch unwahrscheinlicher: Ein mindestens so starker Ausschlag wäre durch reinen Zufall nur etwa einmal unter 53 Millionen vergleichbaren Fällen zu erwarten.

Die 2,6 Sigma des LUX-ZEPLIN-Ergebnisses sind damit auffällig, liegen aber noch deutlich unter der in der Teilchenphysik üblichen 5-Sigma-Schwelle für eine Entdeckung.

Weitere Messungen müssen den ungewöhnlichen Treffer erhärten

Aaron Manalaysay vom Lawrence Berkeley National Laboratory hält den Treffer trotzdem für ungewöhnlich. „Das ist das erste Beispiel in einem Experiment, an dem ich gearbeitet habe, bei dem ein Ausreißer in jeder Hinsicht gültig erscheint“, sagt der Physiker. Das Team prüfe weiterhin, ob ein seltener und bisher übersehener Hintergrundprozess infrage komme.

Ob aus dem einzelnen Ereignis mehr wird, hängt nun von weiteren Messungen ab. LUX-ZEPLIN sammelt bereits zusätzliche Daten. Tauchen weitere vergleichbare Treffer auf, könnte die statistische Bedeutung wachsen. Bleibt das Signal dagegen allein oder findet sich später eine gewöhnliche Erklärung, würde der mögliche Hinweis auf Dunkle Materie wieder an Gewicht verlieren.

Kurz zusammengefasst:

Dunkle Materie wurde bislang nicht direkt nachgewiesen. LUX-ZEPLIN hat nun ein einzelnes ungewöhnliches Teilchenereignis registriert, das dazu passen könnte.
Die Forscher fanden bisher keine überzeugende bekannte Störquelle, doch ein einzelner Treffer reicht nicht für eine Entdeckung.
Mit 2,6 Sigma bleibt das Ergebnis deutlich unter der in der Teilchenphysik üblichen Fünf-Sigma-Schwelle. Weitere Messdaten sollen klären, ob sich das Signal wiederholt.

Übrigens: Schon 2025 sorgte ein ungewöhnliches Gammastrahlen-Signal aus dem Zentrum der Milchstraße für Aufsehen, weil es zu Dunkler Materie passen könnte. Ob darin tatsächlich die gesuchte unsichtbare Materie steckt, ist bis heute offen. Mehr dazu in unserem Artikel.