Teilchenphysik

Sind Neutrinos schneller als Licht?

Teilchenphysiker vom OPERA-Experiment (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus) haben Neutrinos gemessen, die sich offenbar schneller als Licht fortbewegten. Sollten die Ergebnisse in weiteren unabh�ngigen Messungen best�tigt werden, so widerspr�che dies der Speziellen Relativit�tstheorie Einsteins, was �nderungen der grundlegendsten physikalischen Gesetze zur Folge n�tig machen w�rde.

**Neutrino- Elektronbegegnung in der Gargamellen- Blasenkammer**

Bildzoom — **Neutrino- Elektronbegegnung in der Gargamellen- Blasenkammer**

Neutrinos sind ungeladene Elementarteilchen mit sehr geringer Masse, die kaum mit der Materie wechselwirken, die sie durchdringen. Daher kann man sie nur schwer detektieren. Das OPERA-Experiment ist genau daf�r gebaut und besteht aus einem unterirdischen Detektor im Grand Sasso-Gebirgsmassiv in der N�he von Rom. Er vermisst Neutrinos, die in einem Teilchenbeschleuniger 730 Kilometer weit entfernt am CERN bei Genf erzeugt werden. Teilchenphysiker untersuchen mit OPERA vor allem die Neutrino-Oszillation � der Wechsel der Elemtarteilchen zwischen ihren drei m�glichen Zust�nden Myon- , Tau- und Elektronneutrino.

Zu den Untersuchungen geh�rt auch die m�glichst exakte Bestimmung der Geschwindigkeit dieser Teilchen. Dazu steht OPERA seit einigen Jahren eine neue, auf GPS und Atomuhren basierende Technologie zur Verf�gung, die extrem genaue Aufzeichnungen erm�glicht. Innerhalb der letzten drei Jahre konnten die Forscher damit �ber 16 000 Neutrinos messen, die den Weg 60 Nanosekunden schneller als Licht zur�cklegten. Dieses Ergebnis beruht auf den Messungen der Strecke mit einer Genauigkeit von 20 Zentimetern, sowie der Flugzeit mit einer Genauigkeit von 10 Nanosekunden.

Sofern die Resultate nicht durch Messfehler verf�lscht wurden, h�tten sie weitreichende Folgen f�r die Grundlagen der Physik. Aus Einsteins Spezieller Relativit�tstheorie folgt, dass massereiche Teilchen sich nicht schneller als Licht fortbewegen k�nnen. Dieses fundamentale Gesetz wurde in den vergangenen Jahrzehnten immer wieder experimentell best�tigt. Den Forschern ist ihr Ergebnis daher vorerst offenbar eher peinlich – keinesfalls sehen sie selbst die Relativit�tstheorie als widerlegt an: "Wir mussten uns nun aber zu unseren Resultaten �u�ern � sie unter den Teppich zu kehren, w�re nicht redlich", sagte Antonio Ereditato, der Leiter des Experiments. Die Ergebnisse m�ssen nun in weiteren unabh�ngigen Experimenten best�tigt werden, um sorgf�ltig jegliche Messfehler auszuschlie�en. (bw)

1. Neutrinos offenbaren die wahre "Licht"geschwindigkeit

23.09.2011, S.K�chele, Laufenburg

Falls es sich nicht tats�chlich um einen Messfehler handelt, w�re das gefundene Ergebnis geradezu eine Goldgrube f�r die Astrophysik und sehr vieles ver�ndern!

Der gemessene h�here Wert der Neutrinogeschwindigkeit stellt die von der Massenwirkung des Sonnensystems bereinigte Gr�sse von -c- dar, die bisher nie vergleichend beobachtet werden konnte. (Wie denn auch?!).

Durch die (fast) nicht masse-wechselwirkenden Neutrinos wird nun die lokale Masse-Raum-Zeit Wirkung des Sonnensystems und der Galaxie, in der wir uns befinden, auf die elektromagnetische Wellen offenbar.

Dies h�tte tats�chlich weitreichende Folgen:
1. Der Wert f�r das bereinigte -c- fiele etwas h�her aus!
2. Man k�nnte mit der Differenz Neutrino-c und EM-Wellen-c rel. einfach die tats�chliche Masse unseren Sonnensystems und der Galaxie errechnen. Und die �berraschung wird vermutlich gro� sein, wenn die Masse unseres Sol-systems deutlich h�her, als bisher gesch�tzt, angesetzt werden muss.
3. Kosmische Ereignisse w�rden sich per Neutrinos vorher ank�ndigen! Insbesondere sehr, sehr n�tzlich f�r kosmische Gro�ereignisse der solaren Nachbarschaft.
4. Die Modelle f�r die neutrinorelevanten Supernovae m�ssten z.T. komplett neu gedeutet werden.
und vermutlich noch viel, viel mehr!

2. Ist die Entfernung Quelle-Detektor wirklich genau bekannt?

27.09.2011, Werner Kohl, Kitzingen

Die Interpretation der Messdaten steht und f�llt mit der Kenntnis der genauen Entfernung zwischen Neutrinoquelle und Detektor. Laut Artikel ist diese Entfernung auf 20 cm genau bekannt. Entspricht dies aber der Realit�t? Auf welchem Modell der Erde beruht diese Entfernungsmessung?

Die Erde ist keine Kugel. Sie ist auch nur angen�hert ein Rotationsellipsoid. Daher ist die Messung bzw. Berechnung der Entfernung entlang einer Geraden zwischen 2 Punkten nichttrivial. Wie wurden die H�hen von Quelle und Detektor bestimmt?

Welches H�henmodell wurde zur Umrechnung der GPS- bzw. Differential-GPS-Daten verwendet, um die r�umliche Entfernung zwischen 2 Punkten zu bestimmen? EGM96 oder EGM2008? Auf der Seite http://geographiclib.sourceforge.net/cgi-bin/GeoidEval kann man die Unterschiede der H�henmodelle an verschiedenen Orten der Erde berechnen lassen. Beispiel: Geoidh�he bei 40� n.B., 10� �.L.:
EGM2008 = 45.1943 m
EGM96 = 45.7259 m
Fehler im H�henmodell der Erde pflanzen sich direkt in der Entfernungsberechnung fort.

Bevor ich eine �berschreitung der Lichtgeschwindigkeit - so interessant das auch w�re - glaube, m�chte ich die Entfernung Quelle-Detektor verifiziert sehen.

3. Interessante Theorie von Herrn K�chele

27.09.2011, Dipl. Phys. Kai Petzke

Die von Herrn K�chele ge�u�erte Vermutung, dass das "Neutrino-c" im Gegensatz zum "Photon-c" nicht durch die Masse unserer Galaxie im allgemeinen und der Erde und der Sonne im speziellen beeinflusst wird, und daher gem�� allgemeiner Relativit�tstheorie (kurz ART) h�her liegt, ist sehr interessant. Die Folge w�re nat�rlich, dass Neutrinos nicht der Gravitation unterliegen. Dieses lie�e sich in einem Satellitenexperiment grunds�tzlich �berpr�fen, indem die Ablenkung eines Neutrinostrahls durch die Sonne gemessen wird. Dieses Experiment w�re �hnlich fundamental wie die Messung der Ablenkung von Sternenlicht in der N�he der Sonne w�hrend einer Sonnenfinsternis, mit der vor knapp 100 Jahren erstmalig die ART best�tigt wurde.

W�rde bei einem solchen Experiment verifiziert, dass Neutrinos nicht der Gravitation unterliegen, wirbelt dieses das komplette Standardmodell durcheinander. Das ist aber nicht schlimm, immerhin bei�en sich die Physiker an der Vereinigung von ART und den anderen Naturkr�ften seit mehreren Jahrzehnten die Z�hne aus. Ein abweichendes Verhalten von Neutrinos gegen�ber den Vorhersagen der ART w�rde Hinweise geben, wo Fehler in den bisherigen Theorien stecken, und folglich m�glicherweise auch, wie eine Vereinigung doch noch zu schaffen ist.

Man sollte aber nicht zu fr�h auf "neue Physik" hoffen. Viel wahrscheinlicher ist, dass man bei der Messung der L�nge der Basislinie einen systematischen Fehler von 18 Metern begangen hat.

Kai Petzke