Ein Nobelpreis für die Neutrinoforschung

Es ist mal wieder Nobelpreis-Zeit und wieder schaut die Wissenschaftswelt gebannt nach Stockholm. Mich interessiert natürlich am meisten der Nobelpreis für Physik und das Nobelpreis-Komitee hat aus meiner Sicht eine gute Entscheidung getroffen. „Der diesjährige Preis handelt von Zustandsveränderungen von einigen der am reichlichsten vorhandenen Bewohner des Universums“. So wird Göran Hansson, der Generalsekretär Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften, zitiert. Der Nobelpreis für Physik 2015 geht an den Japaner Takaaki Kajita und den Kanadier Arthur McDonald – und zwar für den Nachweis, dass Neutrinos Masse haben. Das ist ja schön und gut, doch was heißt das jetzt genau? Und welche Bedeutung hat diese Entdeckung für die Wissenschaft?

Der Neutrinodetektor Super-Kamiokande ist 1996 in Betrieb gegangen. Der Neutrinodetektor Super-Kamiokande. © Kamioka

Neutrinos sind Elementarteilchen, die elektrisch neutral sind. Es handelt sich prinzipiell um Zerfallsprodukte anderer, instabiler Teilchen. Es gibt 3 Arten von Neutrinos, die Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos heißen. Nachdem Neutrinos kaum mit Materie wechselwirken (sie durchdringen beispielsweise die komplette Erde, ohne an ein einziges Atom zu „stoßen“), lassen sie sich auch nur sehr schwer nachweisen. „Für mehr als ein halbes Jahrhundert haben wir gedacht, dass Neutrinos keine Masse haben“, sagte Nobeljurorin Olga Botner. “ Jede Sekunde passieren Milliarden von Neutrinos unseren Körper.“ Die Erkenntnis der beiden Physiker hat das lange gültige Standardmodell der Physik grundsätzlich in Frage gestellt. Doch wenn Neutrinos quasi nicht beobachtbar sind, wie konnten sie dann die Masse dieser Teilchen nachweisen und bestimmen?

Bereits in den 60er Jahren berechnete man, wie viele Neutrinos theoretisch in unserer Sonne entstehen müssten und wie viele davon bei uns auf der Erde ankommen würden. In der Sonne entstehen die sogenannten „Elektron-Neutrinos“. Als man dann auf der Erde durch indirekte Nachweise die eintreffenden Neutrinos zählte, stellte man fest, dass etwa ein Drittel der errechneten Menge fehlte. Lange konnte man sich nicht erklären, wohin sie verschwunden waren und glaubte schon an einen Rechenfehler. Und exakt hier kommen die beiden Preisträger ins Spiel: Kajita und McDonald erkannten, dass das fehlende Drittel eben schon auf der Erde ankam, nur in einer anderen Form. Die Erkenntnis liegt darin, dass Neutrinos auf Ihrem Weg durch das Universum ihr Erscheinungsbild ändern können – und diese Eigenschaft können Teilchen nur aufweisen, wenn sie eine Masse haben.

Der Nobelpreis für Physik geht an Arthur B. McDonald und Takaaki Kajita.

Der Nobelpreis für Physik geht an Arthur B. McDonald und Takaaki Kajita. (Bild: Lars Hagberg / Reuters / Eugene Hoshiko / AP)

Takaaki Kajita, zum Zeitpunkt der entscheidenden Forschung an der Uni von Tokio in Kashiwa tätig, hatte Neutrinos vermessen, die sich auf dem Weg in den Super-Kamiokande-Detektor – eine riesige Teilchen-Vermessungsanlage – überraschenderweise verändert hatten. 1998 veröffentlichte er die entscheidende Arbeit dazu.

Der Detektor ist seit 1996 in Betrieb. Er liegt tausend Meter unter der Erde in einer ehemaligen Zink-Mine, 250 Kilometer nördlich von Tokio. Dort schicken die Physiker Elementarteilchen durch einen Tank, der mit 50.000 Tonnen so superreinem Wasser gefüllt ist, dass die Teilchen 70 Meter weit vorankommen, ehe sich ihre Energie halbiert. In einem normalen Pool kämen sie keine paar Meter weit. Kollidieren die Teilchen auf ihrer Tauchfahrt mit einem Elektron oder einem Atomkern, wird Energie frei. Ein extrem schwacher blauer Lichtblitz entsteht. Und den können Forscher wie Kajita messen.

Arthur B. McDonald erforschte zur selben Zeit am Observatorium im kanadischen Sudbury Neutrinos, die von der Sonne kamen. Eigentlich dachte man, die Teilchen würden auf ihrem Weg durchs All verschwinden. Das Taten sie aber nicht, wie McDonald 2001 der Welt verkündete. Sie lieferten eben nur andere Messwerte.

Und was bedeutet das für die Wissenschaft und für uns? Tja, für unseren Alltag hat diese Entdeckung leider erstmal keine Auswirkungen. McDonald erklärte es aus meiner Sicht sehr passend: Er sagte, „das Wissen über die Masse der Neutrinos habe wesentlich zu unserem heutigen Verständnis über die Prozesse im Inneren von Sonne und Sternen sowie über den Ursprung unseres Universums beigetragen. Jedoch seien weiterhin zahlreiche Fragen offen. Etwa habe man die absolute Masse der Neutrinos noch nicht bestimmen können, sondern lediglich die Massedifferenzen zwischen den drei Arten.“ Es bleibt also nach wie vor genug für die restlichen Wissenschaftler zu tun.

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Eine Antwort zu Ein Nobelpreis für die Neutrinoforschung

  1. chris schreibt:

    Die Beiden haben den Preis verdient! 🙂

    Gefällt 1 Person

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