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Titelthema: Große Geheimnisse um kleine Teilchen

Mit Großexperimenten enträtseln Forscher die letzten noch unbekannten Eigenschaften der Neutrinos. Außerdem nutzen sie die Geisterteilchen zunehmend auch als Sonden zur Erkundung des Erdinneren sowie für neuartige Teleskope in der Astronomie.
Das Bild zeigt eines der beiden höchstenergetischen Neutrinoereignisse, die kürzlich gemessen wurden. Jeder Lichtpunkt stellt einen Photosensor dar. Die Punktgröße ent- spricht der detektierten Stärke der Messsignale, die Farbe der Ankunftszeit, wobei rot früh und blau spät bedeutet.

Neutrinos sind neben Photonen die häufigsten Teilchen im Universum. Da ist es erstaunlich, dass wir bis heute nur wenige ihrer Eigenschaften kennen und noch weniger davon auch erklären können. Der Grund dafür liegt in ihrer ausgesprochen schwachen Wechselwirkung mit anderer Materie. Obwohl unseren Körper in jeder Sekunde Myriaden dieser Teilchen durchqueren, werden im Lauf unseres Lebens nur vereinzelte dort überhaupt eine Reaktion auslösen. Für Neutrinos ist die Welt transparent: Mühelos dringen sie durch Wände aus Blei, durch Ozeane, felsige Kontinente, ja ganze Planeten und Sterne.

Kein Wunder, dass es riesige Detektoren spezieller Bauart braucht, um ihre Eigenschaften zu erforschen. Vor allem müssen diese sorgfältig gegen störende radioaktive und kosmische Hintergrundstrahlung abgeschirmt werden. Daher werden die Experimente meist unter Tage aufgebaut, etwa in ehemaligen Bergwerksstollen oder Straßentunnels. Dennoch ist den mysteriösen Partikeln nur schwer beizukommen. Auch nach über einem halben Jahrhundert physikalischer Untersuchung des Phänomens bleiben wesentliche Fragen offen: Welche Masse haben Neutrinos? Gibt es außer den drei heute bekannten noch weitere Typen? Sind sie womöglich identisch mit ihren Antiteilchen? ...

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  • Literaturtipp
Oberauer, L., Wurm, M.: Astrophysik mit Neutrinos. In: Sterne und Weltraum 2/2010, S. 30 – 38, sowie 3/2010, S. 28 – 35
Guter Überblick über die Rolle der Neutrinophysik in der Astronomie