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ICECUBE
Neutrinos aus dem fernen All
Redaktion / Pressemitteilung der Technischen Universität München
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21. November 2013

Mithilfe des IceCube-Neutrinodetektors in der Antarktis könnte Forschern jetzt erstmals der Nachweis von hochenergetischen Neutrinos von außerhalb unseres Sonnensystems gelungen sein. Insgesamt wurden 28 Neutrinos beobachtet, die mit hoher Wahrscheinlichkeit von Supernovae, Schwarzen Löchern, Pulsaren oder anderen extremen astrophysikalischen Phänomenen stammen.

IceCube

Das Neutrino-Observatorium IceCube in der Antarktis. Foto: Lindstrom, IceCube / NFL [Großansicht]

Aus dem Universum prasseln ständig unterschiedlichste Arten von Teilchen auf die Erdatmosphäre. Die meisten davon, wie etwa Protonen, Elektronen oder Heliumkerne haben eine gewisse Masse und sind elektrisch geladen. Wenn sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen oder in Magnetfeldern des Kosmos, der Sonne oder der Erde abgelenkt werden, ändern sie ihre Richtung und Energie.

Anders dagegen die ladungslosen und extrem leichten Neutrinos: Sie rauschen beinahe ungestört durch alle Materie hindurch. In jeder Sekunde passieren Milliarden von Neutrinos jeden Quadratzentimeter der Erde. Die überwiegende Mehrheit dieser Elementarteilchen entstand in Zerfalls- oder Umwandlungsprozessen in der Sonne oder der Erdatmosphäre. Weit seltener sind Neutrinos, die aus Quellen außerhalb unseres Sonnensystems stammen, vom äußeren Rand unserer Galaxie oder aus noch größerer Ferne.

Gerade solchen astrophysikalischen Neutrinos sind aber für Wissenschaftler hochinteressant. Sie geben Einblick in die mächtigen kosmischen Objekte, von denen sie einmal ins All geschleudert wurden: Supernovae, Schwarze Löcher, Pulsare, aktive galaktischen Kerne und andere extreme extragalaktischen Phänomene. Wissenschaftler des IceCube-Experiments in der Antarktis, an dem auch Forscher des Exzellenzclusters Universe der Technischen Universität München beteiligt sind, glauben jetzt erstmals solche Neutrinos beobachtet zu haben.

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Die 28 Ereignisse wurden zwischen Mai 2010 und Mai 2012 gemessen. Jedes dieser Neutrinos hatte eine Energie von mehr als 50 Teraelektronenvolt (TeV). Das ist tausendmal mehr als jemals ein Neutrino in einem irdischen Beschleunigerexperiment erreicht hat. "Dies sind die ersten Nachweise von Neutrinos von außerhalb unseres Sonnensystems", sagt Professor Dr. Elisa Resconi von der TU München, die auch Mitglied der IceCube-Kollaboration ist. "Diese Ereignisse können weder durch andere Ursachen erklärt werden, etwa durch atmosphärische Neutrinos, noch durch andere hochenergetische Ereignisse, wie etwa Myonen, die durch Wechselwirkungen mit der kosmischen Strahlung in der Erdatmosphäre entstehen."

Nach Hunderttausenden atmosphärischer Neutrinos sind die Forscher nun sicher endlich auch Neutrinos nachgewiesen zu haben, die ihre Erwartungen an astrophysikalische Neutrinos erfüllen und damit höchstwahrscheinlich von kosmischen Beschleunigern stammen. "Nun müssen wir klären, woher diese Neutrinos stammen und wie sie entstanden sind. Wir stehen damit erst am Anfang einer neuen Astronomie mit Neutrinos", blickt Resconi auf die nun vor dem Team liegenden Aufgaben.

Die jetzt detektierten Neutrinos sind zwar nicht die ersten Neutrinos, von denen ein Ursprung außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen werden konnte, aber die ersten mit derart hohen Energien. So erreichten Neutrinos von der berühmten Supernova 1987A die Erde rund drei Stunden vor dem Lichtblitz, der sich erst seinen Weg nach außen bahnen musste. "Die jetzt mit IceCube nachgewiesenen Neutrinos haben allerdings millionenfach höhere Energien als jene von der Supernova 1987A", betont Dr. Markus Ackermann, der Leiter der Neutrinoastronomiegruppe beim Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) am Standort Zeuthen bei Berlin.

IceCube ist ein ins ewige Eis des Südpols eingeschmolzenes Neutrino-Observatorium, dessen Installation im Jahr 2010 nach sieben Jahren Bauzeit abgeschlossen wurde. Mit einer Größe von einem Kubikkilometer stellt es den weltweit größten Neutrino-Detektor dar. In einer Tiefe von 1.450 bis 2.450 Metern sind 86 vertikale Drahtseile mit insgesamt 5.160 optischen Sensoren versenkt.

IceCube beobachtet die Neutrinos mittels winziger blauer Lichtblitze, dem Cherenkov-Licht, das entsteht, wenn Neutrinos mit Eis interagieren und dabei Teilchenschauer geladener Teilchen erzeugen. Betrieben wird das Observatorium von einem internationalen Konsortium unter Leitung der US-amerikanischen University of Wisconsin, an der rund 250 Wissenschaftler und Ingenieure aus USA, Deutschland, Schweden, Schweiz, Japan sowie weiteren Ländern beteiligt sind.

Über ihre aktuellen Entdeckungen berichten die Wissenschaftler in der morgen erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Science.

Hinweis: Dieser Artikel wurde am 22. November 2013 um den Absatz über die Unterschiede zu den Neutrinos der Supernova 1987A ergänzt.

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siehe auch
IceCube: Kosmische Strahlung bleibt rätselhaft - 19. April 2012
IceCube: Weltgrößtes Neutrino-Teleskop fertiggestellt - 20. Dezember 2010
Links im WWW
Exzellenzcluster "Origin and Structure of the Universe"
TU München
IceCube Neutrino Observatory
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