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StartseiteForschung aktuellNeutrinos und Walgesänge19.01.2011

Neutrinos und Walgesänge

Ein physikalisches Großprojekt hilft Meeresbiologen auf die Sprünge

Der Neutrino-Detektor Antares im Mittelmeer soll mit empfindlichen Lichtmessfühlern die flüchtigen Elementarteilchen aufspüren. Zusätzlich soll eine Batterie von Unterwassermikrofonen die Neutrinos auch akustisch dingfest machen - ein neuartiger Ansatz, der allerdings mit Störgeräuschen auch von Delfinen zu kämpfen hat.

Von Ralf Krauter

Delfine "klicken" ähnlich wie Neutrinos. (M. Clements/utexas.edu)
Delfine "klicken" ähnlich wie Neutrinos. (M. Clements/utexas.edu)

Milliarden von Neutrinos rauschen jede Sekunde durch unseren Körper. Dass wir nichts davon merken, liegt daran, dass die Geisterteilchen kaum mit Materie wechselwirken. Sie haben keine elektrische Ladung, praktisch keine Masse und hinterlassen darum kaum Spuren. Um sie dennoch dingest zu machen, haben Physiker vor der französischen Küste bei Toulon zwölf Stahltrossen am Meeresboden verankert, an denen tief unter Wasser empfindliche Lichtmessfühler hängen. Der Physiker Dr. Robert Lahmann von der Universität Erlangen erklärt:

"Wir haben im Mittelmeer ein großes Neutrinoteleskop, was zunächst mal eben optisch funktioniert. Da versucht man eben Lichtblitze nachzuweisen, die von den Spaltprodukten von Neutrinos im Wasser erzeugt werden."

150 Experten aus sieben Ländern sind am Neutrinoteleskop Antares beteiligt. Seine Funktion basiert darauf, dass immer mal wieder eines der Geisterteilchen eine leuchtende Bremsspur hinterlässt. In zweieinhalb Kilometern Tiefe überwachen die Forscher seit 2008 rund 30 Millionen Tonnen Wasser auf solche verräterischen Lichtblitze. Robert Lahmann interessieren diese Leuchtspuren aber nur am Rande. Er will die kosmischen Geisterteilchen anhand der Geräusche aufspüren, die sie hervorrufen.

"Dazu haben wir in dieser Infrastruktur von dem Neutrinoteleskop Antares sogenannte Hydrophone installiert. Hydrophone sind Unterwassermikrofone. Mit diesen Hydrophonen belauschen wir das Mittelmeer. Von der Theorie her, die ist auch von Laborexperimenten bestätigt, ist es so: Wenn ein Neutrino im Wasser reagiert, entsteht eine sogenannte Teilchenkaskade. Dadurch wird Energie im Wasser deponiert. Es kommt zu einer Erwärmung des Wassers und einer Ausdehnung. Diese Ausdehnung ist im Prinzip messbar. Das einzige Problem ist, dass es im Mittelmeer nicht besonders leise ist."

Neutrinos erzeugen Schallpulse, die Hydrophone noch aus Hunderten Metern Entfernung aufschnappen. Doch der akustische Nachweis ähnelt der Suche nach der Nadel im Heuhaufen, denn unter Wasser wimmelt es von Störgeräuschen. Die Klicklaute mancher Delfine etwa liegen bei einer Frequenz von rund 20 Kilohertz - und damit just in jenem Bereich, in dem sich laut Theorie auch energiereiche Neutrinos Gehör verschaffen sollten.

"Das macht es ziemlich schwer. Und wir können letztlich Neutrinos und Delfine nur dadurch unterscheiden, dass die Signale, die von Delfinen ausgehen, sogenannte Punktquellen sind. Die breiten sich in alle Richtungen gleichmäßig aus. Wohingegen die Ausbreitung der Schallwellen von Neutrinos mehr in Form einer Scheibe funktioniert. Und durch dieses Muster kann man das im Prinzip unterscheiden."

Noch haben die Forscher kein einziges Neutrino akustisch detektiert. Ob die Idee wirklich praktikabel ist, ist deshalb offen. Ein wichtiges Kriterium wird sein, ob es gelingt, die zahlreichen Störgeräusche automatisch aus den Tonsignalen zu filtern. Dazu kooperieren die Neutrino-Lauscher jetzt eng mit Meeresbiologen. Eine ungewohnte Allianz von der alle Beteiligten profitieren, betont Robert Lahmann.

"Das ist jetzt für Biologen eine sehr interessante Sache, weil es hier die Möglichkeit gibt, aus einem verkabelten Unterwasserobservatorium kontinuierlich, 24 Stunden am Tag, das ganze Jahr lang Daten zu bekommen."

Zuvor konnten Biologen die Tiefsee in der Regel nur kurzzeitig von Schiffen aus belauschen. Das ständige Abhören im Rahmen des Antares-Projekts verhilft ihnen zu ganz neuen Einsichten. Zum Beispiel zu jener, dass sich im Mittelmeer deutlich mehr Pottwale tummeln als vermutet.

Die Klicklaute, die die Riesensäuger ausstoßen, um Beute zu orten und miteinander zu kommunizieren, sind unter Wasser bis zu 20 Kilometer weit hörbar.

"Das heißt, man kann mit einer einzigen Station ein sehr weites Gebiet abhorchen. Und man kann insbesondere auch über die genaue Form der Laute tatsächlich auch einzelne Wale identifizieren, ihr Wanderverhalten beobachten, wie weit die Tiere tauchen und solche Dinge."

Die Jagd nach Geisterteilchen ermöglicht also völlig neue Einblicke in die Tiefsee und ihre Bewohner.

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