Geheimnisvolle Partikel: Forscher finden Hinweise auf extra-galaktische Neutrinos

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Neutrino-Detektor: Kollision unterm Eis Fotos
Berkeley Lab News Center

Neutrinos sind geheimnisvolle Partikel, extrem leicht, schnell und interagieren kaum mit Materie. Tief unter dem Eis der Antarktis haben Forscher Teilchen nachgewiesen, die womöglich aus einer anderen Galaxie stammen. Die Experten erhoffen sich nun neue Erkenntnisse über das Universum.

Spannend wird es, wenn es ganz tief unten bläulich glimmt. Unvorstellbar schwach ist das Leuchten - und doch können die Detektoren des IceCube-Experiments die Strahlung messen. Sie entsteht, wenn ein Neutrino aus den Fernen des Alls mit einem irdischen Molekül kollidiert. Anderthalb bis zweieinhalb Kilometer tief im antarktischen Eis sind die mehr als 5000 Messgeräte versenkt, die solche seltenen Zusammenstöße registrieren sollen. Die Daten gehen dann direkt an die Amundsen-Scott-Südpolstation - und von dort an Forscher in aller Welt.

Neutrinos zählen zu den faszinierendsten Bewohnern des Teilchenzoos: Es gibt drei Arten von ihnen, die aber ineinander übergehen können. Die Teilchen sind extrem leicht, schnell - und interagieren kaum mit anderer Materie. Das bedeutet auch, dass sie sich nur schwer nachweisen lassen. Dabei strömt zu jeder Zeit ein unvorstellbar großer Schwarm dieser geheimnisvollen Partikel durch jeden von uns - doch quasi immer völlig ohne Folgen.

Weil Kollisionen mit anderen Teilchen so selten sind, müssen Wissenschaftler einen großen Aufwand betreiben, um den Neutrinos auf die Spur zu kommen. Wie etwa in der ewigen Finsternis unter der Südpolstation. Nun sieht es so aus, als habe IceCube genau dort einen spektakulären Fund gemacht. Mitglieder des internationalen Betreiberkonsortiums haben auf einem Symposium an der University of Wisconsin-Madison sogar von insgesamt 28 interessanten Zusammenstößen von Teilchen berichtet. Diese seien in den zwischen Mai 2010 und Mai 2012 gesammelten Daten nachgewiesen worden. Analysen in Deutschland hatten zuvor bereits drei interessante Kandidaten identifiziert.

"Direkt von fernen Quellen"

Eine Veröffentlichung in einem der großen Wissenschaftsmagazine gibt es bislang noch nicht. Die sei in Vorbereitung, heißt es, und benötige noch etwas Feinschliff. Angesichts der zuletzt zu beobachtenden Geheimhaltung bei der Verkündung ähnlich weitreichender Ergebnisse der AMS- und "Planck"-Konsortien mag diese Salami-Taktik freilich etwas verwundern.

Denn die IceCube-Ergebnisse haben es ebenfalls in sich: Zumindest einige der beobachteten Kollisionen könnten darauf hindeuten, dass den Forschern Neutrinos von außerhalb unserer Galaxie ins Netz gegangen sind. "Wir sehen sehr starke Anzeichen dafür, dass mehr als die Hälfte der 28 Neutrinos nicht in der Erdatmosphäre erzeugt wurden, sondern direkt von fernen Quellen stammen", sagt Christian Spiering vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (Desy) in Zeuthen. Er arbeitet in der IceCube-Kollaboration führend mit, war jahrelang deren Sprecher.

Insbesondere zwei Teilchen, von den Forschern "Ernie" und "Bert" genannt, gelten als potentielle kosmische Fernreisende. Die beiden Partikel waren mit der unvorstellbar großen Energie von 1 PeV unterwegs. Zum Vergleich: Der riesige Teilchenbeschleuniger LHC am Genfer Kernforschungszentrum Cern hat Protonen mit der Energie von 8 TeV beschleunigt, bald sollen es 13 TeV sein. Das ist noch nicht einmal ein Hundertstel davon. Menschgemachte Neutrinostrahlen sind sogar noch einmal um den Faktor zehn schwächer.

Neutrinos können sich auch in der Erdatmosphäre bilden, wenn die kosmische Strahlung dort bei Kollisionen ganze Teilchenschauer entstehen lässt. Auch Sternenexplosionen in Form einer Supernova lassen die Teilchen ins All regnen. Wichtigste Quelle für uns auf der Erde sind aber die Kernfusionsreaktionen in der Sonne. Partikel dieser Herkunft müssen die IceCube-Forscher bei ihren Beobachtungen herausfiltern.

Astronomen erhoffen sich neue Blicke aufs Universum

"Wir sehen hier das erste Mal hochenergetische Neutrinos, die nicht aus der Atmosphäre stammen", gibt sich Francis Halzen von der University of Wisconsin-Madison sicher. Und sein deutscher Kollege Spiering erklärt, angesichts ihrer extrem hohen Energie könne er sich "nur schwer vorstellen", dass etwa "Ernie" und "Bert" aus unserer Galaxis stammen.

Das bedeutet, dass sie zum Beispiel beim Kollaps von superschweren Sternen entstanden sein könnten. Womöglich stammen sie aber auch aus der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs in der Mitte einer fernen Galaxie. Oder aber es gibt im All eine bislang noch vollkommen unbekannte Quelle für die Teilchen. Astronomen hoffen darauf, dass sie schon bald mit Hilfe der Neutrinos ganz neue Blicke auf das Universum werfen können.

Das Problem bisher: Woher die schnellen Teilchen stammen, können die IceCube-Wissenschaftler nicht mit Gewissheit sagen. Die Richtung der auf die Erde einströmenden Teilchen besser herauszufinden gehört zu den nächsten Aufgaben. Und die Ermittlung eines Energiespektrums. Denn die neben "Ernie" und "Bert" beobachteten Neutrinos waren nicht ganz so schnell durch den Raum gerast. Die Energien dieser 26 Teilchen lagen aber auch jenseits von 30 TeV.

Gebe es mehr Beobachtungsdaten, könnte die Verteilung der Energie auch Rückschlüsse auf deren geheimnisvolle Quelle zulassen. Wobei es eine Einschränkung gibt: Zumindest ein Teil der jetzt vermeldeten Neutrinos könnte sehr wohl bei Vorgängen in der Erdatmosphäre entstanden sein. Deswegen schränkt Forscher Spiering ein, dass man noch nicht ohne weiteres von einer "glasklaren Entdeckung" der extra-galaktischen Neutrinos sprechen könne.

Bis zum Jahresende wollen seine Kollegen und er die doppelte Menge an Daten analysiert haben. Die Forscher hoffen darauf, dass die statistische Verlässlichkeit dann noch höher ist. Und sie jeden Zweifel fallen lassen können, es tatsächlich mit Neutrinos aus fernen Teilen des Alls zu tun zu haben.

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insgesamt 92 Beiträge
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1. Extra-galaktische Neutrinos.
querulant_99 17.05.2013
Ich tippe da eher auf eine Fehlmessung.
2. 1 PeV
Layer_8 17.05.2013
Zitat von sysopNeutrinos sind geheimnisvolle Partikel, extrem leicht, schnell und interagieren kaum mit Materie. Tief unter dem Eis der Antarktis haben Forscher Teilchen nachgewiesen, die womöglich aus einer anderen Galaxie stammen. Die Experten erhoffen sich nun neue Erkenntnisse über das Universum. IceCube: Forscher finden Hinweise auf extra-galaktische Neutrinos - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/icecube-forscher-finden-hinweise-auf-extra-galaktische-neutrinos-a-900607.html)
Ernie und Bert werden wohl Elektronneutrinos sein. Aber mir ist nicht ganz klar, warum es eine extragalaktische Herkunft sein soll. Wahrscheinlich ist die Richtungsauflösung doch so gut, dass wenigstens gesagt werden kann, dass sie signifikant nicht von der galaktischen Ebene stammen. Und die kin. Energie ist ja schon fast eine "makroskopische" Masse :-)
3. reisezeit berücksichtigen
dcrwiesbaden 17.05.2013
wenn die Reise der extragalaktischen Neutrinos "Ernie" und "Bert" länger braucht (gebraucht) hat, als es dem Lebensalter des artiktischen Eis entspricht, dann wird man die extragalaktische These zurückweisen dürfen.... und vielleicht größere Verlässlichkeit bei "Cindy & Bert" finden...
4. Also wenn
schockierter! 17.05.2013
das stimmt, und diese "extra-galaktische Neutrinos" demnächst meine Rente sichern - ja dann ist es doch gut
5. Toll!
tweet4fun 17.05.2013
Ich finde es toll, daß sich mit den ersten drei Beiträgen schon die wissenschaftlichen Experten vorgefunden haben, um uns mit ihren weisen Sprüchen zu beglücken.
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