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Teilchenphysik

Seltsame Neutrino-Anomalie bestätigt

Ein Hinweis auf ein viertes Neutrino - oder doch nur ein Messfehler? Ein allen bisherigen Ergebnissen widersprechendes Resultat hält erster Überprüfung stand.
Neutrino-Elektron-Wechselwirkung in der Blasenkammer Gargamelle

Einen rätselhaften Überschuss an Elektron-Neutrinos, der so gar nicht zum klassischen Neutrino-Modell passen will, vermeldet das Team des MiniBooNE-Neutrinoexperiments in »ArXiv«. Der Versuch sollte das Ergebnis des Neutrinoexperiments LSND aus den 1990er Jahren überprüfen, dessen Befund inkompatibel mit dem heutigen Bild der fast masselosen »Geisterteilchen« und sogar den Resultaten anderer Neutrinoexperimente ist.

LSND und MiniBooNE untersuchen ein für Neutrinos charakteristisches Phänomen: Von den Teilchen gibt es drei Sorten, die sich permanent ineinander umwandeln – und diese Oszillationen geben Aufschluss über viele andere ihrer Eigenschaften und ihre Verbindung zum Rest der Teilchenphysik. Bei den Versuchen schossen die Teams einen Strahl von Myon-Neutrinos auf einen wenige Dutzend Meter entfernten Detektor. Die Wegstrecke ist eigentlich zu kurz, als dass sich die Teilchen zu einem nennenswerten Anteil ineinander umwandeln. LSND und MiniBooNE fanden jedoch mehr Elektron-Neutrinos als erwartet.

Ein neues Modell der Neutrino-Oszillationen könne das Ergebnis womöglich besser erklären als die bisherige Theorie, schreiben die Autoren in der Veröffentlichung. Eine schon seit Jahren immer wieder diskutierte Erweiterung des Modells sieht zum Beispiel eine vierte, nicht wechselwirkende Neutrinosorte vor, die an der Oszillation beteiligt, aber sonst unsichtbar ist. Diese »sterilen« Neutrinos sind als Kandidaten für die Dunklen Materie im Gespräch.

Bisher allerdings hatte die Fachwelt das Ergebnis des LSND als Ausreißer betrachtet und in den meisten Analysen schlicht beiseitegelassen. Doch mit der Prüfung durch MiniBooNE erscheint das Resultat jetzt solider. Kombiniert man alte und neue Daten, liegt die Anomalie nun insgesamt 6,1 Standardabweichungen jenseits des nach klassischen Modellen erwarteten Werts; die Wahrscheinlichkeit, dass das Ergebnis Zufall ist, liegt etwa bei 1 zu einer Milliarde. In der Teilchenphysik gilt ein Wert von über fünf Standardabweichungen als hinreichend signifikantes Ergebnis.

Es gibt allerdings auch Erklärungen, die das bisherige Modell unangetastet lassen. So zieht die MiniBooNE-Gruppe auch einen bisher unbekannten Störprozess in Betracht. Der Neutrinoforscher Heinrich Päs von der TU Dortmund ist jedenfalls skeptisch. »Während die statistische Signifikanz beeindruckend ist, kann man systematische Fehler nie ausschließen«, sagt er. Päs verweist auf die große Zahl anderer Experimente, die sterile Neutrinos mit den gesuchten Eigenschaften ausschließen. Auch mit Hilfe alternativer Hypothesen, darunter durch Extradimensionen reisende Neutrinos, sei das Resultat nur schwer mit anderen Experimenten zu vereinbaren. »Wenn es wirklich richtig sein sollte, werden uns ganz schön die Köpfe rauchen, es zu erklären«, so Päs.

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