12.12.1977

TECHNIKSignale nach jenseits

US-Forscher wollen im nächsten Jahr mit Hilfe sogenannter Neutrinos mitten durch die Erde morsen. Radio- und TV-Programme sollen folgen.
In 1600 Meter Tiefe, auf dem Grund der alten Homestake-Goldmine im US-Staat Süd-Dakota, baute der Physiker R. Davis vor zehn Jahren einen Stahltank. Inhalt: knapp 400 000 Liter eines Lösungsmittels.
Mit dem aufwendigen Versuch wollte Davis die Existenz einer mysteriösen Art von Atomteilchen nachweisen, die der Nobelpreisträger Wolfgang Pauli schon 1930 theoretisch postuliert hatte: sogenannte Neutrinos, elektrisch neutrale Elementarteilchen.
Die Ausbeute der monatelangen Experimente war dürftig. Nur durchschnittlich alle fünf Tage, so zeigten die Meßwerte, war eines der gesuchten Neutrinos im Tank mit einem anderen Teilchen kollidiert.
Nun aber arbeiten zwei amerikanische Forscherteams daran, die seltenen, schwer greifbaren Teilchen aus dem Bereich zweckfreien Experimentierens herauszulotsen. Geprüft werden soll, ob sie als Transportmittel für Nachrichten verwendet werden könnten. "Nach allem, was wir von den Neutrinos wissen, würde das eine Revolution des Nachrichtenverkehrs bedeuten", prophezeit Peter Kotzer, Physiker an der Western Washington University in Bellingharn.
Eine der letzten Umwälzungen auf diesem Feld hatte der Bologneser Graf Guglielmo Marconi um die Jahrhundertwende eingeleitet -- mit elektromagnetischen Wellen, die von der Ionosphäre reflektiert werden; sie machten das weltumspannende Netz von Funk und Fernsehen möglich.
Mit den Neutrinos wollen die US-Wissenschaftler einer" anderen Weg einschlagen -- eine lichtschnelle Direkt-Kommunikation nicht um, sondern mitten durch den Erdball:
* Im Morse-Rhythmus, so erläutert Dr. Albert W. Säenz vom Naval Research Laboratory in Washington, könnten Milliarden von Neutrinos von einem superstarken Atomteilchen-Beschleuniger "unter den Horizont" geschossen werden. > Die Strahlenbündel würden, dank ihrer "enormen Kraft, alles zu durchdringen" (Säenz), den Felsengrund der Erdrinde, rotglühende Magma und die Wassermassen ganzer Ozeane durcheilen, ohne an Signalstärke einzubüßen.
* Dann, auf der gegenüberliegenden Erdseite, könnten die Signale dechiffriert werden -- anhand von Strahlungsspuren, welche die Neutrinos in Detektoren hinterlassen.
Die Vorteile einer solchen erddurchdringenden Kommunikation sind offensichtlich. Sie wäre von atmosphärischen Störungen nicht zu beeinflussen; Bergketten könnten den Empfang nicht hemmen, unbefugte Dritte weder dazwischenfunken noch mithören.
Der Sender, mit dem Säenz und Kotzer erstmals durch den Globus morsen wollen, steht 50 Kilometer westlich von Chicago: am Fermi National Accelerator Laboratory ("Fermilab"), dem größten ringförmigen Atomteilehen-Beschleuniger der USA.
Im Frühjahr 1972, kurz nach seiner Inbetriebnahme, hatten Fermilab-Forscher auf dem 6,3 Kilometer langen Rundkurs einen Weltrekord erzielt. Es gelang ihnen, einen Teilchenstrahl erstmals auf die Leistung von 200 Milliarden Elektronenvolt* zu beschleunigen.
Wenn nun mit solchen Energien Atomkerne (Protonen) auf ein Aluminium-Hindernis treffen, kommt es zu Zerfallsprozessen. Und dabei entstehen auch jene Neutrinos, deren merkwürdigste Eigenschaft sie zu fast idealen Nachrichtenübermittlern machen könnte:
Elektronenvolt: Energiezuwachs" den ein Elektron beim Durchlaufen Von einem Volt Spannung erhält.
Neutrinos haben selber keine Masse und kollidieren deshalb nur äußerst selten mit anderen Elementarteilchen. Ungehindert, wie Sardinen durch ein U-Boot-Netz, huschen sie durch den Mikrokosmos der Atomverbände (die so weiträumig geordnet sind wie die Milchstraßensysteme im Universum). 2000 Lichtjahre dick müßte eine Betonmauer sein, um ein Neutrinobündel auch nur auf die Hälfte seiner Energie abzubremsen.
Freilich, um für eine Nachrichtensendung durch die Erde genügend Neutrinos zu erzeugen, muß die Energie im Fermi-Beschleuniger, wie Säenz im Wissenschaftsblatt "Science" vorrechnete, nochmals verdoppelt werden, auf 400 Milliarden Elektronenvolt.
Damit ließen sich theoretisch sogar neun Erdmassen durchdringen. Anläßlich des ersten Großversuchs jedoch, den sie bereits für nächstes Jahr geplant haben, wollen sich die Neutrino-Schützen mit einem Flachschuß durch die Erdkruste zufriedengeben -- schräg durch die Landmasse der USA.
Der Morsestrahl soll in einem Neigungswinkel von zwölf Grad in den Boden des US-Staats Illinois gelenkt werden. Dann würde er, nur einen Sekundenbruchteil später, im Zielgebiet wieder zutage treten -- im 2750 Kilometer entfernten Puget Sound, einem Pazifik-Meeresarm vor Seattle.
Dort freilich, an der Empfangsstation, wird zum Fluch, was vorher Segen war: Gewaltige Vorkehrungen sind nötig, um wenigstens ein paar von den Millionen Neutrinos "aufzufangen", die so glatt durch die Erde flutschten.
Die Techniker begnügen sich damit, die Spuren festzuhalten, die vom Zusammenstoß einzelner Neutrinos mit den Atomteilchen des Wasserstoffs im Pazifik künden -- dabei entstehen gleichsam Lichtblitze, die sogenannte Tscherenkow- Reaktion.
Mit einer Spiegel-Apparatur, die solche Tscherenkow-Blitze registriert, ließen sich die von Neutrinos übermittelten Signale, etwa nach Art eines Morse-Codes, wieder entschlüsseln.
Würden die Sendeleistung entsprechend erhöht und der Neutrino-Strahl noch schärfer gebündelt, so wäre auch der Empfang von Telephongesprächen und sogar TV-Programmen möglich.
Die Größe der "Antennenanlage" indes, die für den Quer-durch-die-Erde-Funk nötig wäre, übertrifft die Ausmaße des ersten Neutrino-Detektors, des unterirdischen 400 000-Liter-Tanks von Süd-Dakota, bei weitem.
Navy-Wissenschaftler Säenz: "Nötig ist ein Detektor größtmöglicher Masse -- Millionen Tonnen Wasser in einem Ozean-Geviert oder in einem tiefen See." Das Testgebiet am Puget Sound haben die US-Physiker schon vermessen -- einen Würfel mit einer Seitenlänge von je 200 Metern; Inhalt: acht Millionen Tonnen Wasser.

DER SPIEGEL 51/1977
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