20.05.2009 —

Seit einigen Wochen wird gebaut: Mitte März begannen die Aushubarbeiten für das neue Untergrundlabor (UGL2) in Garching. Mit dem Labor leisten die Technische Universität München und der Exzellenzcluster „Universe“ einen wichtigen Beitrag für die Astroteilchenphysik in Deutschland. Das neu gebaute UGL verfügt über 130 Quadratmeter nutzbarer Laborfläche und wird im Rahmen künftiger Großprojekte der Astroteilchenphysik auch anderen europäischen Arbeitsgruppen offen stehen. Die Fertigstellung des Labors ist für Ende 2009 geplant.

Ein Kernthema der Astroteilchenphysik ist die Neutrinoforschung. Neutrinos entstehen bei Fusionsreaktionen im Inneren der Sterne und bei Sternexplosiosen, wurden aber auch in der Frühzeit des Universums gebildet. Ein weiterer Schwerpunkt gilt der Dunklen Materie: Als mögliche Kandidaten für diese Materieform, die circa 80 Prozent Gesamtmaterie im Universum ausmacht, kommen ebenfalls – bisher noch unbekannte – Teilchen in Betracht.

Das UGL2 dient als Entwicklungs- und Teststation für Nachweisgeräte, mit denen sich diese Teilchen aufspüren lassen. Die Detektoren, kommen in großen Forschungsprojekten in ganz Europa zum Einsatz. Dazu zählen internationale Kollaborationen wie das Experiment zur Suche nach dunkler Materie CRESST, das zukünftige EURECA-Experiment, Double Chooz in Frankreich, und ein zukünftiger 50kt-Detektor für Neutrinoastronomie.

Bild: Mehr Raum für die  Astroteilchenphysik an der Technischen Universität München - Querschnitt des neuen Untergrundlabors // © aichner-kazzer architekten

Für das neue UGL ist eine Anlage zum Test von Tieftemperaturdetektoren vorgesehen, die bei einem hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt betrieben werden und beispielsweise für den Nachweis von Dunkle-Materie-Teilchen verwendet werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten im UGL liegt in der Entwicklung und im Test von Flüssigkeitsszintillatoren, die ein Lichtsignal aussenden, sobald ein gesuchtes Teilchen auftrifft. Bereits im bestehenden UGL arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung und Tests solcher Detektoren.

Neutrinos kommen auf der Erde zwar extrem häufig vor, sind aber schwer nachzuweisen, da sie neutral sind und kaum mit ihrer Umgebung interagieren. Die Detektoren müssen daher hochempfindlich und spezifisch auf die gesuchten Teilchen reagieren. Zudem müssen störende Hintergrundereignisse unterdrückt werden, wie sie Myonen verursachen. Diese werden beim Auftreffen der kosmischen Strahlung auf die Atmosphäre erzeugt.

Die Entwicklung neuer Nachweismethoden findet deswegen in abgeschirmter Umgebung statt. Das UGL2 wird mit 6 Metern Abschirmung unter der Erde eingerichtet: Diese entspricht einem Wasseräquivalent von 15 Metern: Damit lässt sich die Anzahl der Myonen pro Quadratmeter pro Sekunde auf etwa ein Drittel reduzieren. Weitere Bestandteile der störenden Höhenstrahlung werden nahezu komplett abgehalten.