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Neutrinos Flitzer zu Gott

Auf einer Forschertagung in Granada gab es Streit um die Frage: Haben Neutrinos, die flüchtigsten unter den Atomteilchen, eine Masse oder nicht?
aus DER SPIEGEL 26/1992

Die dem Herrgott Wohlgefälligen unter den Wissenschaftlern gingen vorher noch zur Morgenmesse. Die anderen kamen ohne den Segen der Kirche zu dem großen Konzilium der Kernphysik, um einen jener Bereiche der Schöpfung zu diskutieren, die der Allmächtige seinen Teilchenforschern als Streitfragen hinterlassen hat.

Entsprechend lebhaft, teilweise auch hitzköpfig, ging es dann auch her auf der »Neutrino 92«, die vorletzte Woche im spanischen Granada stattfand. Versammelt war auf dieser Fachtagung die Elite der Erforscher des Allerkleinsten, besprochen wurde eine Schicksalsfrage des Universums: Haben die Neutrinos, diese Minimalisten unter den Teilchen, eine Masse oder nicht? *___Keine Masse, behaupteten die Wissenschaftler vom ____europäischen Gallium Experiment ("Gallex"). Sie ____glauben, während der letzten zwölf Monate in ihrer ____riesigen Neutrino-Falle genug von dem kosmischen ____Gelichter eingefangen zu haben, um sicher sein zu ____können: »Als erste Menschen überhaupt haben wir direkt ____zugesehen, wie die Sonne in ihrem Inneren Energie ____erzeugt.« _(* Im italienischen ) _(Gran-Sasso-Straßentunnel. ) *___Vielleicht, äußerten sich zögernd die Forscher des ____Soviet-American Gallium Experiments ("Sage"). Ihnen ____waren deutlich weniger Neutrinos ins Detektornetz ____gegangen als den europäischen Kollegen - aber gerade ____noch ausreichend viele, um den Teilchentheoretikern ihr ____althergebrachtes Dilemma zu erhalten: »Wir haben mehr ____Antworten als Fragen« - nix Genaues weiß man. *___Ja, auf jeden Fall Masse, darauf bestanden die ____Kosmologen, die Deuter des galaktischen Weltenbaus. ____Denn der Nachweis für die Masselosigkeit der Neutrinos ____würde bedeuten, daß eine ihrer schönsten Theorien ins ____Nichts entschwände: »Es kann einfach nicht sein«, ____barmte der amerikanische Kosmologe Michael Doe, »daß ____Gott uns so an der Nase herumführt.«

Deubel auch, aber den Neutrinos ist das ganz egal. Sie kobolzen, geradezu geisterhaft und fast so schnell wie das Licht, in Myriadenschwärmen durch die Weiten des Universums, durchdringen mühelos alles, was sich ihnen in den Weg stellt - kein noch so starkes Energiefeld, keine noch so dichte Materie vermag sie an sich zu ziehen, geschweige denn ihre Reise durch Zeit und Raum zu beenden:

Das Neutrino ist ewig, so jedenfalls scheint es - viele Teilchenphysiker hat dieses phänomenale Stehvermögen der intergalaktischen Flitzer am Ende zu Gott und dem Glauben geführt, daß im Menschen eine unsterbliche Seele logiere.

Gesichertes Wissen hingegen ist: Jede Sekunde durchjagen 66 Milliarden Neutrinos die Fläche einer menschlichen Daumenkuppe. Jede Minute schleudern Gestirne des Universums Zilliarden und Aberzilliarden unterschiedlicher Neutrino-Varianten hervor: *___am häufigsten die sogenannten Sonnen-Neutrinos, die ____durch Kernfusionsprozesse entstehen, wie sie nach ____allgemeiner Expertenansicht im Inneren ____der Sonne vor sich gehen - 90 Prozent aller Neutrinos ____sind von dieser Art; *___seltener die Tau-Neutrinos und die Myon-Neutrinos, die ____beim Zerfall hochenergetischer Elementarteilchen ____auftreten.

Doch Tage, mitunter sogar Wochen dauert es, bis den Neutrino-Jägern auch nur ein einziges der ätherischen Luder in die Fänge geht. Tief in ihren Höhlen sitzen die Forscher, Troglodyten gleich, an ihren Bottichen und warten: die Gallex-Wissenschafter in einem gesperrten Autobahntunnel in den Abruzzen, die Gruftis von Sage in einem Bergwerkstollen im Kaukasus, bei Temperaturen von sechs Grad Celsius und einer Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent.

Den tapferen Neutrino-Fahndern drunten im Fels - er soll die empfindlichen Meßanordnungen gegen Störstrahlungen aus dem Kosmos abschirmen - geht es vor allem darum, ein Loch im Wissen der Physik zu füllen, das mit Widersprüchen dicht gefüllt ist.

Das Problem: Früheren Messungen aus den siebziger und achtziger Jahren zufolge treffen erheblich weniger Solar-Neutrinos auf der Erde ein, als die Astrophysiker benötigen, um ein Credo ihrer Zunft, das sogenannte Standard-Sonnen-Modell, zu rechtfertigen.

Dieses Modell geht davon aus, daß die Sonnenenergie durch eine gewaltige Wasserstoffkernfusion im Sterneninneren entsteht - und ausgerechnet die launischen Neutrinos sind die einzigen Zeugen für diesen ansonsten nicht beobachtbaren Prozeß.

Für das beklagenswerte Neutrino-Defizit, es beträgt nach den früheren Messungen rund 75 Prozent, gibt es zwei Deutungen: *___Entweder die Modellvorstellungen über die Vorgänge im ____thermonuklearen Reaktor der Erdsonne sind falsch - das ____wäre schmerzlich für die Astrophysiker, denn anhand ____ihres Sonnenmodells erklären sie sich auch den Rest des ____Universums. *___Oder die fehlenden Sonnen-Neutrinos verwandeln sich auf ____dem Weg zur Erde in Tau- oder Myon-Neutrinos, die ____bislang nicht meßbar sind. Dies allerdings hieße, daß ____die klandestinen Kerlchen doch eine Masse haben - was ____wiederum das Weltbild der Teilchenphysiker erschüttern ____müßte, das von von der Masselosigkeit der Neutrinos ____ausgeht.

Denkbar aber auch, so spekulierten die Experten von Gallex und Sage, daß das bislang konstatierte Neutrino-Defizit nur auf ungenügenden Meßmethoden beruht. Deshalb ersannen sie eine neuartige Fallenstellertechnik, um möglichst viele der elektrisch neutralen Geisterteilchen einzufangen.

Gallium (Tonnenpreis: eine Million Dollar) heißt das Zauberelement, dessen sich die beiden konkurrierenden Forschergruppen gleichermaßen bedienen.

Rast ein Neutrino in ein Atom der in riesigen Tanks schwappenden Galliumlösung hinein, was bestenfalls alle paar Tage einmal geschieht, so entsteht dabei ein Germaniumatom. Dieses ist radioaktiv und kann daher (wenngleich äußerst kompliziert auf radiochemische Weise) nachgewiesen werden.

Im Gegensatz zu der russisch-amerikanischen Kaukasuscrew, deren Meßergebnisse inkonsistent waren, konnten die europäischen Gallex-Forscher insgesamt 83 sogenannte Solar Neutrino Units (SNU) dingfest machen. Das seien genug, meinte Gallex-Sprecher Till Kirsten, um die Masselosigkeit der Neutrinos zu beweisen: »Die Sonnen-Neutrinos treffen auf der Erde mit der Intensität ein«, so postulierte der deutsche Max-Planck-Professor, »die theoretisch im Rahmen des Standard-Sonnen-Modells vorhergesagt worden ist.«

Gemach, gemach, antworteten Skeptiker wie der Princeton-Forscher John Bahcall und der Nobelpreisträger Hans Bethe, der große alte Mann der Kernphysik. Sie wiesen darauf hin, daß das Sonnenmodell eine Neutrino-Produktionsrate von 132 SNU vorsehe, gar nicht zu reden von möglichen Meßfehlern: Das Gallium im Gallex-Tank sei verunreinigt gewesen, ausgerechnet mit Germaniumatomen, den Neutrino-Indikatoren, und habe vor Versuchsbeginn aufwendig gereinigt werden müssen.

Wie auch immer, die Kosmologen bleiben dabei, daß der Schöpfer auch seinen Neutrinos ein klein wenig Masse mitgegeben hat - so um die 0,003 Elektronenvolt wären ihnen recht.

Denn dann unterlägen die Neutrinos gerade soweit der Schwerkraft, daß sie den Zusammenhalt des Universums erklären könnten - die langgesuchte »dunkle Materie« wäre damit gefunden.

»Es kann gar nicht sein«, suchte Bahcall die Zweifler zu überzeugen, »daß unser Herrgott keinen Gebrauch von einer so schönen Theorie macht.«

* Im italienischen Gran-Sasso-Straßentunnel.

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