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NEUTRINOS
Die Wandlungsfähigkeit von Neutrinos
Redaktion / idw / Pressemitteilung der RWTH Aachen 
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16. Juni 2011

Mit Hilfe des Teilchendetektors Super-Kamiokande im Westen Japans könnte Teilchenphysikern eine bedeutende Entdeckung gelungen sein: Sie fanden bei einem Experiment Hinweise darauf, dass sich Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos umwandeln können. Diese Art von Neutrino-Oszillation war bislang noch nicht beobachtet worden und dürfte einiges über diese kaum fassbaren Partikel verraten.

Super-Kamiokande

Blick in den Tank von Super-Kamiokande. Foto: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo

Vor 80 Jahren postulierte der Physiker Wolfgang Pauli die Existenz eines neuen Elementarteilchens, des Neutrinos. Er schrieb, er sei "auf einen verzweifelten Ausweg verfallen … nämlich die Möglichkeit, es könnten elektrisch neutrale Teilchen … in den Kernen existieren". Nach seiner Emigration in die USA begann Pauli diese Hypothese zu bereuen. Doch inzwischen kann die moderne Physik Pauli beruhigen: Mit immer größeren Teilchendetektoren ist es gelungen, die scheinbar nicht nachweisbaren Teilchen zu identifizieren.

Einer dieser Teilchendetektoren ist Super-Kamiokande im Westen Japans. Super-Kamiokande ist ein Wassertank mit einem Durchmesser von 39 Metern und einer Höhe von 41 Metern. Er steht in einer Zink-Mine, tief unter einem Berg. Wird ein Neutrino im Wassertank eingefangen, strahlt dieses in charakteristischer Weise Licht ab, das von rund 11.000 Fotosensoren an den Wänden des Tanks nachgewiesen wird.

Forscher aus Japan und elf weiteren Ländern - darunter auch Wissenschaftler vom III. Physikalischen Institut der RWTH Aachen - richteten nun einen künstlichen Neutrinostrahl auf den Detektor. Dieser begann seine 295 Kilometer langen "Reise" durch die Erde an der Ostküste Japans. Von den Ergebnissen dieses Experimentes erhofften sich die beteiligten Forscher ganz neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie.

Die ersten Resultate der Messungen, die jetzt veröffentlicht wurden, sehen vielversprechend aus: Ein kleiner Teil der Neutrinos änderte nämlich auf dem Weg von der Erzeugung bis zur Messung ihren Typ. Physiker unterscheiden drei Arten von Neutrinos: Elektron-, Myon- und Tauon-Neutrinos. Erzeugt wurde ein Strahl aus Myon-Neutrinos. Neben vielen Myon-Neutrinos konnten aber nun erstmals auch Elektron-Neutrinos im Detektor nachgewiesen werden - und zwar signifikant mehr, als man statistisch erwartet hätte.

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Die Umwandlung von einem Neutrino-Typ in einen anderen bezeichnet man als Neutrino-Oszillation. Sie wurde im Jahr 1962 theoretisch vorhergesagt und in einigen Fällen auch experimentell beobachtet. So ließ sich etwa das solare Neutrino-Problem, nach dem auf der Erde weniger solare Neutrinos ankommen als bei den Fusionsprozessen in der Sonne eigentlich entstehen sollten, durch die Neutrino-Oszillationen lösen. Die jetzt gefundene Neutrino-Oszillation war zuvor noch nicht beobachtet worden. Die Forscher hoffen daher, dass ihre Entdeckung das Bild der Teilchenphysiker von den Neutrinos vervollständigt.

Der Betrieb des Neutrinostrahls begann 2010 und wurde am 11. März 2011 durch die Naturkatastrophen in Japan jäh unterbrochen. Das jetzt veröffentlichte Ergebnis basiert auf Messungen vor der Katastrophe. Durch das Erdbeben wurde unter anderem die Stromversorgung beschädigt. Die Forscher hoffen auf eine zügige Reparatur und eine Wiederinbetriebnahme gegen Ende des Jahres. Sie wollen die beobachtete Umwandlung von Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos im Detail untersuchen. Vielleicht, so hoffen sie, liegt hier die Erklärung, warum bei Vernichtung der Antimaterie im Universum Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall nicht auch die Materie, aus der wir heute bestehen, vollständig ausgelöscht wurde.

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siehe auch
Teilchenphysik: Nachwuchs forscht über Dunkelmaterie - 17. Mai 2011
IceCube: Weltgrößtes Neutrino-Teleskop fertiggestellt - 20. Dezember 2010
Astroteilchenphysik: Neutrino-Jagd im Mittelmeer - 16. April 2006
AMANDA: Teleskop unter dickem Eis - 22. März 2001
Links im WWW
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
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