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Einstein Online Was sind eigentlich Neutrinos?

Physik-Nobelpreis für Neutrino-Forscher: Die winzigen Teilchen sind überall. Sie entstehen in nuklearen Reaktionen, etwa in der Sonne, bei der Explosion von Sternen oder auch in Atomkraftwerken. Doch sie sind schwer zu finden – sehr schwer. Und sie überraschen Forscher immer wieder.

Ein Forscher in einem ehemaligen Bergwerk in Minnesota, das heute der Neutrino-Suche dient, schaut durch ein Rohr.
Legende: Teilchensuche in der Tiefe: In aller Welt versuchen Forscher, Neutrinos nachzuweisen – wie dieser Experte in einem ehemaligen Bergwerk in Minnesota. Keystone

Der Name «Neutrinos» rührt daher, dass diese Elementarteilchen elektrisch neutral sind. Man nennt sie aber auch gerne Geisterteilchen. Denn sie können – sozusagen – durch Wände gehen. In jeder Sekunde strömen Milliarden dieser geisterhaften Teilchen durch unsere Körper hindurch. Und wir merken davon nichts, weil die Teilchen nur extrem selten mit anderer Materie interagieren.

Entsprechend schwer sind die Teilchen zu studieren. Man kann sie nicht einfach im Labor untersuchen. Die beiden preisgekrönten Forscher und ihre Teams aber haben es geschafft, sie dingfest zu machen. Die Physiker haben dazu riesenhafte Kammern gebaut – in Japan und in Kanada. Sie sind mit Wasser gefüllt, tief unter der Erde, abgeschirmt von allen störenden Einflüssen. Geister-Fallen, sozusagen.

Teilchenkollisionen als Glücksfälle

Und dann, ja dann haben die Forscher gewartet, bis einmal ein Neutrino per Zufall direkt in einen Atomkern im Wasser der Kammer hineinrast. Solche Zusammenstösse sind selten, doch sie sind sehr wertvoll für die Forscher, denn dabei enstehen andere Teilchen. Und zwar solche, die die Forscher mit ihren Messgeräten nachweisen können.

Die Experten sehen also quasi die Trümmer des Zusammenstosses und können so Rückschliesse ziehen – auf den Geist, der den Zusammenstoss verursacht hat. Eben: das Neutrino. Beziehungsweise man sollte eher sagen die Neutrinos, denn es gibt 3 verschiedene Sorten dieser Geisterteilchen.

Neutrino ist nicht gleich Neutrino

Lange Zeit ging man davon aus, dass diese Neutrinos immer gleich bleiben, dass sie die Sorte nicht wechseln können. Doch Takaaki Kajita, Arthur McDonald und ihre Teams konnten zeigen, dass das eben nicht so ist, sondern dass die Neutrinos ihre Sorte ändern. Neutrinos sind also nicht nur geisterhaft, sondern auch eine Art Chamäleons des Weltalls.

Und das hat Konsequenzen, denn die Gesetze der Physik lassen eine solchen Sortenwechsel nur zu, wenn die Neutrinos Masse haben. So haben die Forscher bewiesen, dass Neutrinos eben doch nicht ganz neutral sind. Sie haben eine Masse, wenn sie auch sehr, sehr winzig ist. Und weil es so viele von ihnen gibt, macht diese Masse eben etwas aus. Man könnte sagen: Das Universum hat dadurch an Gewicht zugelegt.

Aktuell:

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Legende: Keystone

Der Physik-Nobelpreis geht dieses Jahr an den Japaner Takaaki Kajita und den Kanadier Arthur B. McDonald. Die beiden Wissenschaftler konnten nachweisen, dass Neutrinos eine Masse besitzen. Mehr zum Thema lesen Sie hier.

Das Thema im Radio

Mehr zu den diesjährigen Nobelpreisen hören Sie am Samstag, 10. Oktober, ab 12:40 Uhr im «Wissen- schaftsmagazin» auf Radio SRF 2 Kultur.

6 Kommentare

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  • Kommentar von Rolf Künzi, Winterthur
    Liebe Radioativen Damen und Herren, wer hat es erfunden Wolfgang Pauli oder Gott, das ist hier die Frage. Pauli schrieb schon um 1930: Die Masse der Neutronen könnte von der gleichen Grössenordnung wie die Elektronenmasse sein und jedenfalls nicht grösser als 0,01 Protonenmassen.... Nicht schlecht, da war einer seiner Zeit voraus. Auf jeden Fall in der Physik.
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  • Kommentar von Markus Gasser, Freiburg
    Fragen: Wie gross sind die Massen der verschiedenen Neutrino-Arten (Beträge +- ?) ? Wie gross ist der Anteil der Neutrini an der Gesamtmasse des Kosmos (mit oder ohne Einbezug der dunklen Materie) ? Gibt es direkte (oder direktere) Messungen der Neutrinomasse und was sagen diese über die Masse aus ? Anders gefragt: Kann man nur über den Umweg der Möglichkeit des "Sortenwechsels" auf die Existenz einer Masse schliessen ohne allerdings Angaben über die Grösse der Masse(n) machen zu können ? Danke!
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    1. Antwort von Ramon Gfeller, Bern
      Die Theorie lässt Neutrinooszillationen nur bei massiven Neutrinos zu. Die Mischung der Neutrinosorten hängt von deren Massendifferenzen ab. Messungen der Oszillation erlauben deshalb nur Rückschlüsse auf die Massendifferenzen. Es könnte auch ein masseloses und zwei massive Neutrinos geben. Die absoluten Massen müssen jedoch so klein sein, dass sie bei bisherigen Experimenten nicht messbar waren. Dies gibt eine obere Schranke für die Masse.
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  • Kommentar von m.fischbacher, bern
    Als absoluter Laie in Physik, würde es schon einmal Interessieren, welchen Nutzen die Menscheit, Flora und Fauna oder allenfalls irgendjemand aus solchen Studien einen oder bestenfalls mehrere Nutzen ziehen kann?
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    1. Antwort von Lutz Bernhardt, Kreuzlingen
      Kleines Beispiel. Als Mathematiker musste ich mich in die sogenannte "Integralgeometrie" einarbeiten. Fragestellung: Mit welcher Wahrscheinlichkeit landet eine in einen Brunnen mit unregelmässiger Grundfläche geworfene Nadel unter einem bestimmten Winkel? Scheinbar völlig sinnlos! Aber: Die zugehörige Theorie erwies sich als Schlüssel bei der Erkennung von Handschrift durch Computer (ICR). Mit hoher Wahrscheinlichkeit haben die Neutrino-Forschungen weitreichende Konsequenzen für die Zukunft.
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    2. Antwort von Ramon Gfeller, Bern
      Grundlagenforschung hat in der Regel keinen direkten oder absehbaren Nutzen. Welchen Nutzen hatte die spezielle Relativitätstheorie zur Zeit ihrer Entwicklung, ausser die Erklärung des Michelson-Morley-Experiments und interessante neue Erkenntnisse über Raum und Zeit? Ohne diese Theorie würde jedoch heute (Jahrzehnte später!) kein einziges Navigationssystem (GPS, GLONASS, etc.) funktionieren.
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