Die Sonne hätte das Higgsino eigentlich verraten müssen. Eine neue Rechnung zeigt, warum sie schweigt, wenn das Teilchen schwerer ist als gedacht.
Ein einziger, ungewöhnlich heftiger Stoß in einem Dunkle-Materie-Detektor tief unter der Erde könnte auf ein Higgsino zurückgehen, ein bislang hypothetisches Teilchen, falls dieses deutlich schwerer ist als bisher angenommen.
Das ist überraschend, weil gerade der leichtere Favorit an einem zweiten Experiment scheitert, denn der Neutrinodetektor IceCube am Südpol hätte Spuren von Higgsinos aus der Sonne auffangen müssen und sah nichts.
Katherine Freese und Dionysios Theodosopoulos von der University of Texas in Austin haben beide Messungen gemeinsam durchgerechnet und zeigen, dass schwere Higgsinos in der Sonne kaum abgebremst werden und deshalb fast keine Neutrinos erzeugen.
Ob der Stoß überhaupt von Dunkler Materie stammt, ist allerdings offen.
Ein Xenon-Tank wartet auf den einen Stoß
Seit Jahrzehnten suchen Physiker nach der Dunklen Materie, jenem unsichtbaren Stoff, der den Großteil aller Materie im Universum ausmacht, aber kein Licht aussendet.
Einer der empfindlichsten Detektoren dafür ist LUX-ZEPLIN, kurz LZ, ein großer Tank voll flüssigem Xenon tief unter der Erdoberfläche.
Er wartet darauf, dass ein Teilchen der Dunklen Materie einen Xenon-Atomkern anstößt wie eine Billardkugel die andere.
Der Rückstoß erzeugt im Xenon einen winzigen Lichtblitz. In seinen jüngsten Daten fand das LZ-Team einen Kern, der einen ungewöhnlich kräftigen Stoß abbekommen hatte, und keine bekannte Störquelle konnte ihn erklären.
Warum die Sonne den Favoriten verraten müsste
Mehrere Theoriegruppen brachten daraufhin das Higgsino ins Spiel.
Es entstammt der Supersymmetrie, einer Theorie, die jedem bekannten Teilchen einen schwereren Partner zur Seite stellt, und wäre der Partner des Higgs-Teilchens.
Das Higgsino existiert in zwei fast gleich schweren Varianten.
Prallt die leichtere auf einen Kern, kann sie sich in die schwerere verwandeln, was allerdings Bewegungsenergie kostet.
Nur sehr schnelle Higgsinos schaffen das, und genau diese versetzen dem Kern dann einen besonders harten Stoß.
Favorisiert war zunächst ein Higgsino, das etwa so viel wiegt wie sechs Goldatome, weil der Urknall genau von dieser Sorte die heute beobachtete Menge Dunkler Materie erzeugt hätte.
Doch Higgsinos durchqueren auch die Sonne. Dort prallen sie auf schwere Atome wie Eisen oder Blei, verlieren Tempo und werden von der Schwerkraft eingefangen.
Sammeln sie sich im Sonnenkern, treffen sie aufeinander und löschen sich gegenseitig aus, wobei Neutrinos entstehen, geisterhafte Teilchen, die fast ungehindert durch Materie fliegen.
IceCube hat im antarktischen Eis nach solchen Neutrinos aus Richtung Sonne gesucht und keine gefunden.
Wie eng sich die Higgsinos im Sonnenkern drängen, hängt aber von schwachen Zusatzstößen ab, die theoretisch kaum verstanden sind.
Wie das Team aus Austin beide Experimente verband
Katherine Freese vom Weinberg Institute for Theoretical Physics gehört zu den Pionierinnen, die Detektoren wie LZ einst vorgeschlagen haben.
Gemeinsam mit Dionysios Theodosopoulos baute sie die statistische Auswertung von LZ aus den veröffentlichten Daten nach und prüfte, dass ihr Modell das Ergebnis des LZ-Teams reproduziert.
Zusätzlich berücksichtigten die beiden die Große Magellansche Wolke, eine Nachbargalaxie, deren Schwerkraft einen Teil der Dunklen Materie der Milchstraße beschleunigt und so zusätzliche schnelle Teilchen liefert.
Für die Sonne rechneten sie vier Varianten durch, je nachdem, welche Stöße die eingefangenen Higgsinos weiter bremsen.
Die Arbeit ist als Preprint auf arXiv erschienen und wurde noch nicht von unabhängigen Fachleuten geprüft.
Wo der leichte Kandidat scheitert
Für den Favoriten fiel die Rechnung ernüchternd aus. Ohne die Nachbargalaxie ist er ausgeschlossen.
Mit ihr überlebt er nur, wenn man annimmt, dass eingefangene Higgsinos in der Sonne überhaupt nicht weiter abgebremst werden.
Diese Möglichkeit sei „eher ein Grenzfall als eine belastbare Deutung“, schreiben die Autoren selbst.
Bei schwereren Higgsinos kippt das Bild jedoch.
Die sanften Zusatzstöße, bei denen das Higgsino seine Variante behält und nur etwas Tempo abgibt, werden umso seltener, je schwerer das Teilchen ist.
Verdoppelt sich die Masse, sinkt ihre Wahrscheinlichkeit auf ein Viertel.
Schwere Higgsinos bleiben deshalb als weite Wolke im Sonneninneren verteilt, statt sich im Zentrum zu drängen, begegnen einander selten und erzeugen kaum Neutrinos.
Diese Abhängigkeit von der Masse sei in früheren Studien zu IceCube übersehen worden, merken die Autoren an.
Schwerere Higgsinos passen zu beiden Experimenten
Unter realistischen Annahmen vertragen sich Higgsinos ab etwa dem Gewicht von elf Goldatomen mit dem LZ-Treffer und dem Schweigen von IceCube, und der passende Bereich reicht bis zu einem Vielfachen davon.
Ein einzelnes Teilchen, schwerer als ein kleines Goldklümpchen aus elf Atomen, würde demnach fast spurlos durch die Erde gleiten.
„Schwerere Higgsinos sind exzellente Kandidaten für das LZ-Ereignis“, fassen Freese und Theodosopoulos zusammen.
Der Preis dafür betrifft die Frühzeit des Universums.
Der Urknall hätte schwere Higgsinos in zu großer Menge erzeugt, also müsste eine spätere Phase ihre Zahl verringert haben.
Zugleich wären die übrigen Partnerteilchen so schwer, dass Teilchenbeschleuniger wie der LHC sie bisher gar nicht finden konnten.
Zur Vorsicht mahnen die Autoren beim Tempo der Dunklen Materie, denn „eine sorgfältige Behandlung der Verteilung der Dunklen Materie in der Galaxis“ sei unerlässlich.
Klarheit erhoffen sie sich von weiteren LZ-Daten, verbesserten Sonnenrechnungen und von Paläodetektoren, uralten Mineralien, in denen Zusammenstöße über Jahrmillionen winzige Spuren hinterlassen haben.
Was die Studie über die Suche nach Dunkler Materie zeigt
Bemerkenswert finde ich vor allem den Weg, den diese Rechnung nimmt.
Um einen einzigen Lichtblitz in einem unterirdischen Tank zu deuten, müssen Physiker ins Innere der Sonne und ins Eis der Antarktis schauen, und plötzlich entscheidet das Gewicht eines Teilchens darüber, ob die Sonne es verraten würde.
Wenn du jemanden kennst, der glaubt, Physik spiele sich nur im Labor ab, erzähl ihm von diesem Stoß, für dessen Erklärung man bis in den Sonnenkern rechnen muss.
Zugleich ruht das ganze Gebäude auf einem einzelnen Ereignis, das statistisch längst keine Entdeckung ist.
Dazu kommen viele Näherungen, und für die schwersten Kandidaten haben die Autoren die IceCube-Grenzen sogar über den gemessenen Bereich hinaus fortgeschrieben.
Die Studie liefert damit keine Antwort, wohl aber eine präzise Frage, die die nächsten Messungen beantworten können.
Quelle: Katherine Freese (University of Texas at Austin), 2026; arXiv:2610.03692
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