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NEUTRINOS
Vier Neutrinoarten statt nur drei?
von Stefan Deiters
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13. Dezember 2001

Neutrinos sind mysteriöse Teilchen, deren Existenz nur mit großen Schwierigkeiten nachzuweisen ist. Inzwischen sind sich die Forscher allerdings sicher, dass Neutrinos existieren und sogar über eine geringe Masse verfügen. Der Standardtheorie nach gibt es drei verschiedene Neutrinoarten. Amerikanische Wissenschaftler glauben allerdings, dass es noch einen Typ mehr gibt: das sterile Neutrino.

Sonne
Unsere Sonne: Lösung des solaren Neutrinoproblems könnte vierten Neutrinotyp erfordern. Foto: NSSDC/NASA

Neutrinos sind geisterhafte Teilchen, die gängigen Modellen nach beispielsweise während der Fusionsprozesse in der Sonne entstehen und dann die Erde und jeden Menschen durchlaufen als wäre dort gar nichts. Oder besser: fast gar nichts. Äußerst selten nämlich kann ein Neutrino mit anderen Atomen wechselwirken. Und obwohl Milliarden dieser Teilchen pro Sekunde durch die Erde hindurchströmen ist es ein äußerst aufwendiges Geschäft genaue Daten über sie zu erhalten.

Neutrinos wurden zuerst von Wolfgang Pauli vor 70 Jahren postuliert und seit dieser Zeit versucht man, mehr über diese Teilchen zu erfahren, da sie unter anderem auch für einen Teil der dunklen Materie verantwortlich gemacht werden. Dazu müssten Neutrinos allerdings eine Masse haben, aber dies, so die aktuelle Theorie, ist fast schon gesichert. Die Wissenschaftler folgern die Masse der Neutrinos aus der Beobachtung der drei verschiedenen Neutrinoarten: dem Elektron-Neutrino, dem Tau-Neutrino und dem Mu-Neutrino. Man stellte nämlich fest, dass nicht die Zahl der solaren Elektron-Neutrinos die Erde erreicht, die - nach den als recht gesichert geltenden Theorien über die Fusionsprozesse in der Sonne - zu erwarten wären. Gleichzeitig beobachtete man, dass sich Mu-Neutrinos, die in unserer Atmosphäre entstehen, in eine andere Neutrinoart umwandeln. Die Forscher sprechen hier von Neutrino-Oszillationen.

Die Erklärung für das beobachtete Defizit an Elektron-Neutrinos liegt nach Ansicht der Forscher genau an diesen Oszillationen: Die Elektron-Neutrinos wandeln sich auf dem Weg zur Erde in einen anderen Neutrinotyp um. Die Oszillationen aber haben eine wichtige Konsequenz: Damit sie möglich sind, müssen Neutrinos über eine Masse verfügen, können also nicht, wie lange Zeit angenommen,. masselos sein. Auch im Los Alamos Laboratory im US-Bundesstaat Neu-Mexiko versuchte man in den Jahren 1993 bis 1998 den Neutrinos auf die Spur zu kommen: Neben einer künstlichen Neutrinoquelle stellte man einen Tank mit 167 Tonnen Babyöl in das ein Stoff gelöst war, der mit den Neutrinos wechselwirken sollte. Die Spur der so entstehenden geladenen Teilchen wollte man mit insgesamt 1.220 Detektoren verfolgen.

Nun liegt der Abschlußbericht der Untersuchungen in Neu-Mexiko vor: Auch die amerikanischen Forscher fanden Neutrino-Oszillationen und machten darüber hinaus eine vielleicht dramatische Entdeckung: Durch die Oszillationen kann man im wesentlichen den Massenunterschied zwischen den Neutrinotypen messen. Doch bei den insgesamt drei Experimenten (Solare Neutrinos, atmosphärische Neutrino und denen in Los Alamos) entdeckte man drei verschiedene Massendifferenzen. Bei drei Neutrinotypen sollte es allerdings nur zwei unabhängige Massenunterschiede geben. Daher folgern die Forscher, dass es einen vierten Neutrinotyp geben muss - das sterile Neutrino.

"Diese Ergebnisse werden eine ganze Menge durcheinander bringen", so David Caldwell von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara. Und vermutlich werden noch lange Zeit Zweifel bleiben, ob das sterile Neutrino wirklich existiert. Zum einen ist es sehr schwer theoretisch zu verstehen, zum anderen ist es direkt nicht nachweisbar. Auf weitere Ergebnisse darf man also gespannt sein.

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