Berkeley/Wien – Forschungsgruppen aus aller Welt suchen mit immer neuen Experimenten nach Hinweisen auf die ominöse Dunkle Energie – und weiterhin vergeblich. Auch im Zuge eines neuen Experiments mit österreichischer Beteiligung wurde man nicht fündig, glaubt der Sache aber immerhin nähergekommen zu sein.

Hintergrund

Gemäß den kosmologischen Modellen, die heute als die plausibelsten gelten, soll die Dunkle Energie den weit überwiegenden Materie- bzw. Energieanteil des Universums ausmachen: Die Materie, aus der Galaxien, Sterne und auch die Erde bestehen, macht nur etwa fünf Prozent der gesamten Masse und Energie des Universums aus. Zu etwa 68 Prozent besteht es aus Dunkler Energie. Diese mysteriöse Kraft gilt auch als verantwortlich dafür, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt – sie kann sozusagen als Gegenpol zur Gravitationskraft betrachtet werden.

Wissenschafter haben Modelle entwickelt, die besagen, dass die Dunkle Energie auf noch unentdeckten Teilchen basiert. Wechselwirken diese mit normaler Materie, müsste man das eigentlich messen können. Auch mit genausten Methoden ist das aber bisher noch nicht gelungen. Das hat wiederum Theoretiker dazu inspiriert, einen Mechanismus zu beschreiben, der diese Kräfte abschwächt, wenn die Materiedichte in der Umgebung hoch ist – wie eben auf der Erde. In Anlehnung an ein Chamäleon, das sein Aussehen der Umgebung anpasst, wird eine solche Kraft durch ein "Chamäleonfeld" beschrieben.

Österreichische Vorarbeit und neue Studie

Im April 2014 berichtete eine Forschungsgruppe um Tobias Jenke und Hartmut Abele vom Atominstitut der Technischen Universität (TU) Wien über ein Experiment im Fachblatt "Physical Review Letters", mit dem sie die Auswirkung der Gravitation auf den Quantenzustand von Neutronen so präzise wie noch nie messen konnten. Einen Einfluss der Dunklen Energie fanden sie zwar nicht. Den Bereich, in dem sich diese mögliche Naturkraft zeigt, konnten sie aber extrem einschränken.

Aufbauend auf den Ergebnissen des Wiener Teams konnte nun eine Forschungsgruppe um Holger Müller, Paul Hamilton und den Österreicher Philipp Haslinger an der University of California in Berkeley diesen Bereich noch weiter einschränken. Darüber berichtet die Gruppe in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Science". "Das dazu benötigte Experiment hat Platz auf einem mittelgroßen Wohnzimmertisch und steht in Berkeley in einem Kellerlabor", heißt es in einer Aussendung des Teams.

Keine Chamäleonfelder gefunden

Mit dem neuen Versuchsaufbau wurde vermessen, wie die Anwesenheit einer massiven Kugel das quantenphysikalische Verhalten von Atomen beeinflusst. Da diese Atome sehr verdünnt in einer Vakuumkammer gehalten und lediglich durch elektromagnetische Strahlung manipuliert wurden, war die umgebende Materialdichte sehr gering. Die durch das Chamäleonfeld entstehende Kraft sollte daher wirken können. Gäbe es Chamäleonfelder tatsächlich, müsste die Kugel etwas anders auf die Atome wirken, als bisherige Theorien vorhersagen. Das konnte allerdings nicht beobachtet werden.

Darüber sind die Forscher aus beiden Gruppen aber nicht unbedingt traurig, bedeuten die Ergebnisse insgesamt doch einen großen Erkenntnisgewinn. Mit weiteren Modifikationen an ihrem Experiment möchten die Forscher aus Berkeley den Raum, in dem sich Chamäleonfelder – und damit die Dunkle Energie – manifestieren könnten, bald noch weiter einschränken.

"Auch unsere Gruppe arbeitet nach wie vor daran, die Präzision unsere Experimente weiter zu verbessern", sagte Abele. "Vielleicht lässt sich so ja bald der gesamte mögliche Parameterraum der Chamäleonfelder ausschließen – dann wird sich die theoretische Physik neue Modelle einfallen lassen müssen. Denn eines steht fest: Unser Universum hält noch Dinge bereit, von denen wir heute noch keine Ahnung haben", betonte Abele, der gemeinsam mit Jörg Schmiedmayer vom Atominstitut zu diesem Thema auch einen Perspektivenartikel in "Science" beigesteuert hat. (APA/red, 21. 8. 2015)