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NEUTRINOS
Supernovae und Schwarze Löcher als Helfer
von Stefan Deiters
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29. November 2000

Neutrinos gehören vermutlich zu den unter Wissenschaftlern begehrtesten Teilchen. Das genaue Messen ihrer Masse würde die unterschiedlichsten Wissenschaftszweige einen gehörigen Schritt voran bringen. Amerikanische Forscher möchten sich nun ganz besondere Helfer zu Nutze machen: Sie wollen der Neutrinomasse mit Hilfe von Supernova-Explosionen auf die Spur kommen. 

Wissenschaftler gehen derzeit davon aus, dass es drei verschiedene Typen von Neutrinos gibt, die alle eine unterschiedliche Masse haben und diese beträgt, so die Vermutung, in allen Fällen weniger als einige Zehntausendstel der Masse eines Elektrons. "Wenn man aber diese Masse kennt, könnte dies Wissenschaftlern helfen, die Nuklearreaktionen in Sternen besser zu verstehen und eventuell auch die mysteriöse dunkle Materie aufzuspüren", erläutert Richard Boyd, Professor für Physik und Astronomie an der Ohio State University

Um nun dem Geheimnis der Neutrinos auf die Spur zu kommen, hat sich Boyd mit einigen Kollegen einen besonderen Trick einfallen lassen: Wenn die Neutrinos tatsächlich unterschiedlich schwer sind, müssten beispielsweise die schwereren Neutrinos, die bei Supernova-Explosion ausgestoßen werden, später auf der Erde ankommen als die leichteren. Die Suche nach diesen Neutrinos ist so neu nicht: Man geht davon aus, das in jeder Sekunde Millionen von ihnen von der Sonne abgestrahlt werden. Das Problem ist nur, dass Neutrinos quasi alles durchdringen, was sich ihnen in den Weg stellt und somit äußerst schwer nachzuweisen sind.

Mit viel Mühe hat man inzwischen in riesigen unterirdischen Wassertanks Neutrinos nachweisen können, nur die Masse war mit den bisherigen Methoden so gut wie gar nicht bestimmbar: "Die extrem geringen Massen sind auf der Erde äußerst schwer zu messen, aber wir können die Unterschiede in der Flugzeit von Neutrinos von einer entfernten Supernova zur Erde messen, was unsere Ergebnisse rund eine Millionen mal besser machen würde," so Boyd. Kennt man aber die genaue Masse der Neutrinos, kann man auch abschätzen, wie groß etwa ihr Beitrag zur fehlenden Materie im Universum ist. Selbst bei einer winzigen Masse, könnte der Anteil der Neutrinos am Massenbudget des Universums schon wegen ihrer Anzahl beträchtlich sein. 

Die Astronomen um Boyd hoffen nun auf eine Supernova-Explosion, bei der ein Schwarzes Loch zurückbleibt. Beim finalen Kollaps zum Schwarzen Loch könnte, so erläutert Boyd, bis zu 99 Prozent der Energie in Form von Neutrinos abgegeben werden und so könnte man die Bildung des Schwarzen Loches quasi als "Startschuss" für das Wettrennen der Neutrinos von der Supernova zur Erde nehmen. Dabei sollten die schweren Neutrinos etwas hinter die leichteren Neutrinos zurückfallen. "Es ist ein sehr kleiner Zeitunterschied", so Boyd, "aber wir können ihn messen und er würde uns die genaueste Messung der Masse der Neutrinos ermöglichen." Der Wissenschaftler hofft, dass sich während der nächsten hundert Jahre zumindest einige geeignete Supernova-Explosionen ereignen werden. 

Ob der in einem Salzmine in New Mexiko geplante Neutrinodetektor namens OMNIS (für Observatory for Multiflavour Neutrinos from Supernovae) tatsächlich gebaut wird, hängt von der amerikanischen National Science Foundation ab. Dort will das Wissenschaftlerteam die Geldmittel für den Bau der Anlage beantragen, die im Unterschied zu den schon bestehenden Detektoren alle drei Neutrinotypen aufspüren kann. Aktuelle Detektoren sind nur in der Lage eine Neutrinoart zu entdecken. 

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