AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 49/2008

Astrophysik Jagd nach den Rätselteilchen

In der argentinischen Pampa haben Himmelsforscher das größte Teleskop der Welt errichtet: Es besteht aus weitverstreuten Wassertanks.

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Die größte Kamera der Welt hat nur eine Auflösung von 1600 Bildpunkten - aber das auf der Fläche des Saarlands. Und ihr Auslöser wird bedient vom Kosmos selbst.

Nach 16 Jahren Planung und Bauarbeiten ist das Messgerät jetzt in Betrieb gegangen: das Pierre-Auger-Observatorium im Westen von Argentinien. "Kneif mich doch bitte", sagt der alte Mann zu seiner Frau, "das hier ist einfach zu traumhaft." James Cronin, schlank, zerbrechlich und weißhaarig, steht mitten in der Pampa, vor etwas, das aussieht wie ein Glascontainer mit Antenne und Solarzellen.

Vor 28 Jahren hat Cronin den Physik-Nobelpreis bekommen für seine Forschung an Antimaterie. In drei Jahren wird Cronin 80 Jahre alt. Der Physiker aus Chicago ist extra in die Grassteppe am Ostrand der Anden gereist, um das Werk zu bewundern, für das er sich seit 1992 mit aller Kraft eingesetzt hat.

Am Abend zuvor haben Cronin und viele seiner rund 400 Mitstreiter aus 17 Ländern die Einweihung gefeiert, zusammen mit Geldgebern und Honoratioren, bei einem Festakt in Malargüe, einem kleinen Nest an der Fernstraße nach Patagonien. Die Zähne knirschen vom salzigen Staub, der Horizont flimmert, am Himmel Geier, am Horizont Gauchos und Rinder. Eine Stunde lang sind die Physiker in Allradfahrzeugen über sandige Pisten geholpert, eine mühsame Expedition vom Rand der kosmischen Kamera bis zu ihrem Zentrum.

Das Riesenspielzeug soll ein Fenster aufstoßen in eine ferne, unbekannte Welt. Der Tank, vor dem Cronin fast andächtig steht, ist gefüllt mit zwölf Tonnen ultrareinen Wassers. Der Bottich ist einer von 1600 baugleichen Sensoren, die im Abstand von anderthalb Kilometern über die Pampa verstreut stehen (siehe Grafik).

Die Wassertanks sollen kosmische Teilchen messen, die fast so schnell wie das Licht reisen und mit der Wucht eines Fausthiebs von Mike Tyson auftreffen. Wenn sie gegen die irdische Luftschicht prallen, lösen sie eine Kaskade von Atomtrümmern aus, die sich als Lichtblitze in den Behältern verraten.

Diese kosmischen Geschosse sind ein Mysterium. Niemand weiß, woher sie kommen oder woraus sie bestehen. Sind es Protonen oder Eisenkerne? Stammen sie von Schwarzen Löchern, die wie natürliche Teilchenbeschleuniger wirken? Widersprechen sie vielleicht sogar dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik?

Um derlei Fragen zu beantworten, liefern sich Astronomen derzeit einen Wettlauf. Mitte November etwa berichteten Forscher im Wissenschaftsmagazin "Nature" von den Entdeckungen ihres "Atic"-Messballons, den sie am Südpol hatten aufsteigen lassen. In fast 40 Kilometer Höhe registrierten sie einen unerklärlichen Überschuss an Elektronen, allerdings mit weit weniger Energie als der in der Pampa gemessenen.

Vielleicht ein Hinweis auf unbekannte kosmische Teilchenquellen? Oder sogar eine Spur der geheimnisvollen Dunklen Materie im All, welche die Hauptmasse des Universums bildet?

Schon seit fast hundert Jahren halten die Partikel aus dem All die Physikergemeinde zum Narren. Als Erster hatte 1912 der österreichische Physiker Victor Hess die kosmische Strahlung entdeckt, 1936 bekam er dafür den Nobelpreis. Der französische Physiker Pierre Auger - Namensgeber des argentinischen Wassertank-Observatoriums - beobachtete als Erster die leuchtenden Luftschauer.

Doch in den sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts geriet die Erforschung der kosmischen Teilchenstrahlung ins Stocken. Stattdessen ging das Geld in den Bau immer größerer Teilchenbeschleuniger, wie am Cern bei Genf. "Jetzt beginnt eine neue Astronomie", freut sich Cronin, "Teilchenphysiker und Astronomen finden wieder zusammen."

In der Tat: Auch Cern-Chef Rob Aymar war bei der Einweihung des Auger-Observatoriums dabei. Bei einem traditionellen argentinischen "Asado" mit Steak und Bier schwärmte er: "Wir unterstützen das Auger-Experiment mit unserem Rechenzentrum, wir ergänzen uns sehr gut."

Während der neue LHC-Beschleuniger am Cern (der derzeit repariert wird) rund drei Milliarden Euro kostete, gab es das Auger-Teleskop zum Spottpreis von rund 50 Millionen Euro; 10 Millionen stammen aus Deutschland. Verglichen mit den im LHC erzeugten Laborteilchen sind die natürlichen Partikel sogar millionenfach energiereicher - dafür treten sie aber weit seltener auf.

Pro Quadratkilometer geschieht es nur einmal in hundert Jahren, dass ein höchstenergetisches Teilchen auftrifft. Um die Chance auf einen Treffer zu erhöhen, deckt das Wassertank-Observatorium in der Pampa eine 3000 Quadratkilometer große Fläche ab.

Im Jahr 1999 begannen die Bauarbeiten. Über hundert Kilometer Stromleitungen mussten im Niemandsland verlegt werden. Vieles ging schief: Dornsträucher stachen Löcher in Reifen, Sturmböen wehten Mauern um, Kühe rissen Kabel ab, Geier missbrauchten die Solarpanels als Klo, Allradfahrzeuge blieben im Schlamm stecken oder überschlugen sich in Kurven.

Das physikalische Experiment war auch ein soziales: Würden schießwütige Gauchos die Tanks durchlöchern? Alles ging gut, denn viele Bottiche tragen die Namen von Kindern aus der Umgebung. Cronin setzte sich zudem für die Gründung einer Schule ein, die nun nach ihm benannt ist. Ein bescheidener Astronomietourismus begann, ein Planetarium und ein Konferenzzentrum wurden gebaut, und dieser Erfolg half dem Bürgermeister, zum Provinzgouverneur aufzusteigen.

Noch vor der endgültigen Fertigstellung verzeichneten die Astrophysiker einen ersten Erfolg: Ihnen gingen 27 höchstenergetische Partikel ins Netz, rund eines pro Monat. Die wichtigste Erkenntnis: Die kosmische Strahlung kommt offenbar gehäuft aus der Richtung von Galaxienkernen - die Rätselteilchen stammen also wahrscheinlich genau dorther, wo gigantische Schwarze Löcher mit ihren Schockwellen Atomkerne ins All schießen.

"Mit jeder Antwort bekommen wir zwei neue Fragen", sagt Johannes Blümer, Professor für Experimentelle Kernphysik am Karlsruhe Institute of Technology, das maßgeblich am Auger-Projekt beteiligt ist. "Wir messen zum Beispiel viel zu viele Myonen. Diese Biester bereiten uns noch großes Kopfzerbrechen."



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