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News: Neutrino-Oszillationen genau vermessen

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Super-Kamiokande | Blick ins Innere des Super-Kamiokande-Experiments
Ein "Durchhänger" in der Messkurve von Neutrinos löst Freude bei den Wissenschaftlern der japanischen Super-Kamiokande-Kollaboration aus: Er untermauert ihre Entdeckung von 1998, dass sich Neutrinos ineinander umwandeln können. Damals hatten die Forscher bereits erste Anzeichen für die Wandlungsfähigkeit der Neutrinos gefunden, doch waren ihre Ergebnisse noch zu ungenau und ließen Spielraum für weitere Erklärungen.

Neutrinos gehören zu den leichtesten Elementarteilchen – ihre Masse ist so gering, dass man lange Zeit annahm, das sie überhaupt keine besitzen. Es gibt sie in drei verschiedenen Arten: das Elektron-Neutrino, das Myon-Neutrino und das Tau-Neutrino. Sie tragen keine Ladung und wechselwirken kaum mit Materie, deshalb sind sie äußerst schwer nachzuweisen, obwohl Abermillionen von ihnen in jeder Sekunde die Erde passieren – die meisten jedoch ohne auch nur die geringste Spur zu hinterlassen. Deshalb benötigt man besonders fulminante aber zugleich empfindliche Nachweisgeräte wie das Super-Kamiokande-Experiment in Japan, um zumindest einige dieser seltenen Ereignisse einzufangen. Der Riesendetektor liegt tief unter der Erde und enthält gut 50 000 Liter hochreines Wasser. Mittlerweile haben die Forscher dort einige tausend Neutrinos exakt vermessen.

Theoretiker mutmaßten bereits seit längerem, dass sich Neutrinos ineinander umwandeln können, vorausgesetzt – sie haben tatsächlich eine Masse. Um diese Theorie zu beweisen, untersuchten die Experimentatoren am Super-Kamiokande die Neutrinos, die durch den hochenergetischen Teilchenbeschuss aus dem Weltall in der Erdatmosphäre entstanden. Sie verglichen die Anzahl der Neutrinos, die von unten kamen – also einmal quer durch die Erde geflogen sind – mit denen, die direkt von oben in das Nachweisgerät eindrangen. Die Wissenschaftler konzentrierten sich dabei auf die Myon-Neutrinos.

Nach gängiger Theorie ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich ein Neutrino in ein anderes umwandelt, abhängig von der zurück gelegten Strecke und der Energie der Teilchen. Die Messdaten müssten dann eine sinusartige Kurve ergeben. Und genau so einen Verlauf haben die Kamiokande-Forscher nun ermittelt. Zugleich konnten sie dadurch die bislang genaueste Abschätzung der Massenunterschiede der Neutrinos errechnen. Demnach müsste das Tau-Neutrino mindestens 20 bis 25-mal schwerer sein als das Myon-Neutrino.
14.07.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 14.07.2004

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