CERN Axion Solar Telescope

Das CAST-Experiment

Das CAST-Experiment (CERN Axion Solar Telescope) wurde 2003 am CERN in Betrieb genommen, um nach neuartigen Elementarteilchen, den Axionen zu suchen. Laut theoretischen Modellen sind Axionen ladungsfreie Teilchen sehr geringer Masse $\left( 10^{-6}-10^{-2} \right) \frac{\mathrm{eV}}{\mathrm{c}^{2}}$, die nur sehr schwach mit gewöhnlicher Materie wechselwirken. Abhängig von ihrer tatsächlichen Masse, könnten Axionen einen Teil der bisher noch unbekannten Dunklen Materie erklären.

Axionen können im Innern von Sternen in vergleichbarer Häufigkeit wie Neutrinos durch den sogenannten Primakoff-Effekt erzeugt werden. Die Axionen verlassen den Stern anschließend aufgrund ihrer geringen Wechselwirkungswahrscheinlichkeit nahezu ungehindert. Um Axionen zu entdecken, wird mit im CAST-Experiment ein Large Hadron Collider-Dipolmagnet von 10 m Länge verwendet, der ein Magnetfeld von ca. 9 T aufweist. Dieser Magnet hat in seinem Inneren zwei Hohlräume, und an seinen beiden Enden insgesamt vier Röntgendetektoren (eine CCD, drei Micromegas).

Der Magnet selbst befindet sich auf einem fahr- und drehbaren Gestell, mit dem er auf die Sonne oder auf andere interstellare Objekte ausgerichtet wird. Der Neigungswinkel des Magneten ist auf ± 8° beschränkt, sodass täglich ca. 2 x 1.5 Stunden Sonnenbeobachtung möglich sind. Das Innere des Magneten ist mit ³He gefüllt um mit verändertem Druck systematisch gewisse Massenbereiche der Axionen durchscannen zu können. Es wird erwartet, dass zumindest einige Axionen den Magneten durch diese Hohlräume passieren, die, durch das starke Magnetfeld mittels des Primakoff-Effekts in Röntgenphotonen umgewandelt, von den Detektoren nachgewiesen und anhand ihrer charakteristischen Energie als Axionen identifiziert werden können. Bisher (Stand 10/2008) konnten keine Axionen nachgewiesen werden, allerdings lassen sich anhand der Ergebnisse gewisse Einschränkungen für die Fähigkeit der hypothetischen Axionen mit Photonen zu wechselwirken, angeben. Nach dem gleichen Prinzip wird auch das Tokio Helioskop in Japan betrieben, allerdings bisher ebenfalls erfolglos.

Weblinks

• CAST-Experiment
• CAST am MPI/MPE
• CAST an der Technischen Universität Darmstadt
• Artikel im PhysicsWeb.org vom 24.11.2004