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OPERA-Detektor
Neutrino-Verwandlungen entdeckt

Es ist das häufigste Teilchen im All und zugleich das fadenscheinigste - das Neutrino. Zwar rasen pro Sekunde Abermilliarden der Geisterteilchen durch die Erde, doch kaum eines bleibt hängen. Gerade wegen dieser Flüchtigkeit gibt das Neutrino Rätsel auf - etwa durch den Umstand, dass sich Neutrinos unterschiedlicher Sorten im Fluge ineinander umwandeln können. Nun haben Physiker diese Metamorphosen erstmals direkt nachgewiesen.

Von Frank Grotelüschen | 17.06.2015
    Das Gran-Sasso-Massiv in Italien. Tief im Gestein, 1400 Meter unter den Gipfeln, liegt Europas größtes Untergrundlabor für die Physik. In der unterirdischen Halle zeigt der Hamburger Physiker Daniel Bick auf einen Klotz groß wie ein Bürohaus, zehn Meter hoch und 20 Meter lang.
    "Und das Ganze wiegt ungefähr 4000 Tonnen."
    Bick steht vor OPERA, einem Detektor, der gebaut wurde, um bestimmte Elementarteilchen regelrecht zu fotografieren.
    "Hier vorn sind große, schwarze Platten. Dazwischen ist ein Regalsystem, wo ganz viele kleine Ziegel eingesetzt sind. Das sind geschichtete Ziegel aus Bleiplatten und Foto-Emulsionen."
    150.000 backsteingroße Bleiziegel stecken im Detektor, jeder acht Kilogramm schwer. Sie können geisterhafte Elementarteilchen namens Neutrinos nachweisen – in diesem Fall Neutrinos, die künstlich mit einem Beschleuniger erzeugt wurden, und zwar 700 Kilometer entfernt in Genf.
    "Hier war bis vor einiger Zeit ein Neutrinostrahl von CERN auf dieses Labor gerichtet. Dieser Strahl ging nahezu ungestört durch die Erde und ist dann hier auf den Detektor getroffen und hat ab und zu mal eine Reaktion in einem der Bleiklötze ausgelöst. Die Teilchen, die dabei entstanden sind, haben die Foto-Emulsionen geschwärzt."
    Der Clou an der Sache: Am CERN bestand der Strahl ausschließlich aus Neutrinos einer bestimmten Sorte, sog. Myon-Neutrinos. Von älteren Versuchen wusste man schon, dass einige dieser Myon-Neutrinos auf wundersame Weise im Fluge verschwinden. Offenbar wandeln sie sich in eine andere Neutrinosorte um, in Tau-Neutrinos. Nur: Deren Auftauchen hatte noch niemand beobachtet – und genau dafür wurde OPERA gebaut. Von 2008 bis 2012 nahmen die Forscher Messdaten. Doch die Auswertung der Spuren auf den Fotoemulsionen zog sich hin.
    "Die müssen wir mit Mikroskopen scannen. Das braucht sehr viel Zeit."
    Sagt Annika Hollnagel von der Uni Hamburg. Sie gehört ebenso zum 170-köpfigen Forscherteam wie ihr Kollege Jörn Wonsak.
    "Man muss sich das so vorstellen: Wenn ein Teilchen den Detektor trifft, wissen wir nur grob, wo das passiert ist. Dann wird die entsprechende Emulsion herausgenommen und entwickelt. Und die Mikroskope sagen uns dann, ob da wirklich ein Tau-Neutrino war."
    2010 stießen die Physiker auf eine erste Spur, später folgten weitere. Doch erst jetzt dürfen sie sich ihrer Sache sicher sein.
    "Das Tau-Neutrino, was jetzt den Ausschlag zur Entdeckung gegeben hat, war das Fünfte, dass wir gemessen haben."
    Damit ist nun endgültig klar: Neutrinos können sich im Fluge verwandeln.
    "Aus einem Neutrinotyp wird ein anderer Neutrinotyp. Und das konnten wir jetzt durch Erscheinen der Tau-Neutrinos nachweisen."
    Womit jedoch längst nicht jeder gerechnet hatte. Manche Physiker nämlich hatten geglaubt, OPERA sei falsch konzipiert und hätte überhaupt nicht die Chance gehabt, Tau-Neutrinos aufzuspüren.
    "Jetzt haben wir allen Kritikern die Stirn geboten. Und damit ist das ein großer Erfolg, und entsprechend froh sind wir."
    Und die Genugtuung sitzt sogar noch tiefer. 2011 nämlich hatten sich die OPERA-Physiker gründlich blamiert, als sie meinten, Hinweise auf überlichtschnelle Neutrinos gefunden und dadurch Einsteins Relativitätstheorie gesprengt zu haben. Am Ende entpuppte sich ein defektes Kabel als Ursache der vermeintlichen Sensation.
    "Na ja, es war schon unangenehm. Aber da wir von vornherein gesagt haben, es muss alles noch mal geprüft werden, wurde es uns in Wissenschaftskreisen eigentlich nicht nachgehangen. Natürlich wird man auf der einen oder anderen Konferenz schmunzelnd drauf angesprochen. Aber das sind Scherze unter Freunden, sag ich mal."
    Doch nun scheint die Scharte ausgewetzt. Denn OPERA hat seine Mission erfüllt – und der Physik ein weiteres Detail im Verständnis darüber beschert, wie die Elementarteilchen dieser Welt beschaffen sind.