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Observatorium mit weltgrößten Magnet
Indiens Weg in die Neutrino-Forschung

Die größte Maschine, die die Menschheit je gebaut hat. Diesen Titel wird das LHC, mit dem das Higgs-Teilchen gefunden wurde, nicht so bald verlieren. Doch um zu verstehen, wie die Physik jenseits von Higgs und dem Standardmodell aussieht, haben Forscher bereits ein neues Experiment ersonnen. Das Indische Neutrino Observatorium soll im Süden Indiens die Massenhierachie von Neutrinos entschlüsseln

Von Haluka Maier-Borst | 19.02.2015
    Die Pläne für das Indische Neutrino Observatorium, INO, strotzten vor Superlativen. Physiker wollen das Labor 1,3 Kilometer tief in die Felsen der Bodi-West Hills graben. Diese liegen im südindischen Bundesstaat Tamil Nadu. Das Herz der INO-Anlage bildet ein Magnet mit einem Rekord-Gewicht von 50.000 Tonnen. Mit seiner Hilfe sollen Experimente gelingen, die die Grenzen der heute bekannten Physik ausloten, wie Naba Mondal erklärt, der Leiter des INO- Projektes:
    "Die Neutrinophysik ist einer der spannendsten Bereiche der Physik heute. Wir haben zwar das Higgs-Boson entdeckt und damit den letzten wichtigen Baustein des Standardmodells. Aber das Standardmodell sagt, dass Neutrinos masselos sind. Wir wissen aber, dass Neutrinos sehr wohl eine Masse haben. Neutrinos sind also der einzige Weg, Physik jenseits des Standardmodells zu untersuchen."
    Von Neutrinos gibt es drei Sorten. Das Elektron-Neutrino, das Myon-Neutrino und das Tau-Neutrino. Alle drei machen meistens: nichts. Denn sie haben keine elektrische Ladung und sind extrem leicht.
    Um Neutrinos zu beobachten, braucht es darum eine gigantische Anlage wie das INO. In ihr wollen die Forscher sehen, wie geladene Teilchen reagieren, wenn ein ungeladenes Neutrino auf sie prallt. Im Grunde funktioniert das wie bei einem Billiardstoß - nur dass man die anstoßende Kugel nicht sieht. Wie das aufprallende Neutrino sich vor dem Stoß bewegt hat, können die Physiker rekonstruieren, indem sie die Reaktion der anderen Teilchen beobachten. Diese hinterlassen nämlich im Gegensatz zum Neutrino deutliche Spuren auf ihrem Weg durch den Detektor.
    Magnet mit einem Rekord-Gewicht von 50.000 Tonnen
    Die Forscher wollen diesen Versuch mit allen drei Neutrinosorten durchführen, um herauszufinden, in welchem Verhältnis die Massen der Neutrinos zueinander stehen.
    "Bislang ist diese Massenhierachie eine der großen Fragen der Neutrinoforschung. Wir wissen, dass alle Neutrinos eine Masse haben, aber nicht welche Neutrinosorte die schwerste und welche die leichteste ist."
    Mit diesem Wissen wollen Forscher dann zum Beispiel verstehen, warum sich Neutrinos so fundamental von den Quarks und Elektronen unterscheiden, aus denen gewöhnliche Materie besteht. Allerdings ist es bis zu dieser Erkenntnis noch ein weiter Weg. Das INO-Projekt steht noch am Anfang. Erst vor Kurzem hat die indische Regierung grünes Licht für den Bau der Anlage gegeben. 2020 soll das Labor fertig sein.
    Frage nach der Massenhierachie
    Das, so unken einige Neutrinophysiker, könnte vielleicht schon zu spät sein. Denn andere Experimente, die ebenfalls der Frage nach der Massenhierachie nachgehen, sind längst aufgebaut. Alessandro Mirizzi, Physiker am Deutschen Elektronen Synchrotron, zählt nur einige davon auf:
    "In China gibt es JUNO, das mit einem Reaktor arbeitet. In Japan gibt es das T2K-Experiment, in den USA und Europa baut man ebenfalls Anlagen auf und am Südpol gibt es das Pingu-Experiment. Sie sehen, es gibt eine Menge Interesse an diesem Problem."
    Allerdings findet Alessandro Mirizzi nicht, dass diese Projekte miteinander konkurrieren. Sie würden viel mehr von verschiedenen Seiten aus das gleiche Problem angehen und sich ergänzen. Selbst wenn ein anderes Experiment früher Hinweise auf die Massenhierachie entdecken würde, nutzlos wäre das indische Projekt damit noch lange nicht.
    "Diese Messungen sind eine solche Herausforderung. Es ist überhaupt nicht gesagt, dass ein Experiment allein den großen Hit landen wird. Natürlich haben bereits einige Experimente begonnen. Aber womöglich braucht es die Daten mehrerer Experimente, um die Massenhierachie zweifelsfrei zu bestimmen. Über die Grenzen von Projekten zusammenzuarbeiten ist darum ganz bestimmt nicht unvorteilhaft."
    Und so könnte es sein, dass am Ende selbst ein 50.000 Tonnen schwerer Magnet nur ein kleines Puzzlestück ist, wenn Forscher nach neuen Gesetzen der Physik suchen.