Die Neutrinos machen schon wieder Schlagzeilen! Letztes Jahr sorgten sie zuerst ob ihrer angeblichen Überlichtgeschwindigkeit für Aufregung (die sich dann doch nur als kaputtes Kabel herausstellte). Bei einem aktuellen Forschungsprojekt hat man keine zu schnellen Neutrinos gefunden. Man hat überhaupt keine Neutrinos gefunden. Und das war höchst überraschend…

Es geht um die sogenannte “kosmische Strahlung”. Dabei handelt es sich nicht um elektromagnetische Strahlung (auch wenn der Name das vermuten lässt), sondern um geladene Teilchen, die aus dem All auf die Erde treffen. Sie stammt aus vielen verschiedenen Quellen. Unsere Sonne produziert einen ständigen Strom geladener Teilchen (den “Sonnenwind”); genauso wie auch andere Sterne. Kosmische Strahlung kommt aber auch aus ferneren Quellen – zum Beispiel den Zentren anderer Galaxien, wo die Gravitationskraft der supermassereichen schwarzen Löcher die Teilchen so stark beschleunigen, dass sie bis zu uns fliegen können.

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Victor Hess steigt 1912 mit einem Ballon auf und entdeckt die kosmische Strahlung (Bild: APS, gemeinfrei)

Vor dieser Strahlung brauchen wir uns übrigens keine Sorgen machen. Die Teilchen sind elektrisch geladen. Und unsere Erde hat ein Magnetfeld. Das Magnetfeld dient uns also als Schutzschild; die Teilchen erreichen die Erdoberfläche nur sehr selten. Deswegen hat es auch recht lange gedauert, bis man sie überhaupt entdeckt hat. Vor 100 Jahren war es soweit: Der Österreicher Victor Franz Hess fand 1912 in Ballonexperimenten die “Höhenstrahlung” und bekam dafür den Nobelpreis für Physik. Seitdem wurde sie immer genauer untersucht – aber es gibt trotzdem noch einige offene Fragen. Da gibt es zum Beispiel Teilchen der kosmischen Strahlung, die mit überraschend hohen Energien auf die Erde treffen. Wir Menschen müssen gewaltige Teilchenbeschleuniger wie den LHC im Kernforschungszentrum CERN bauen, wenn wir Atomkerne stark beschleunigen wollen. Aber selbst gigantische Maschinen wie der LHC schaffen es nicht einmal annähernd, so hochenergetische Teilchen zu erzeugen, wie sie in der kosmischen Strahlung anzutreffen sind.

Wir können auch nicht einfach schauen, wo diese Teilchen herkommen, um ihre Quelle zu identifizieren. Wie gesagt: Sie sind elektrisch geladen. Und Magnetfelder gibt es nicht nur auf der Erde, sondern überall im All. Die Teilchen der kosmischen Strahlung wurden also auf ihrem langen Weg durch den Kosmos schon oft abgelenkt und es gibt keine Möglichkeit mehr, herauszufinden, aus welcher Richtung sie ursprünglich gekommen sind. Deswegen schauen die Forscher bei ihrer Suche nach den Quellen auch nicht in den Himmel, sondern tief in die Erde.

In das Eis der Antarktis, um genau zu sein. Dort steht das Neutrino-Teleskop IceCube. Wie der Name schon vermuten lässt, handelt es sich dabei tatsächlich um einen riesigen Eiswürfel. Auf einem Volumen von einem Kubikkilometer hat man 5160 hoch empfindliche Lichtdetektoren im Eis versenkt. Damit möchte man Neutrinos beobachten. Diese Elementarteilchen sind enorm flüchtig. Sie interagieren so gut wie nie mit normaler Materie. Sie sausen einfach durch uns und den Rest der Welt hindurch. Nur ganz selten stoßen sie mit anderen Atomen zusammen und die dabei entstehenden Lichtblitze will man mit IceCube sehen.

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IceCube: Lichtdetektoren im Eis der Antarktis (Künstlerische Darstellung: NSF/J. Yang)

Die Neutrinos wollen die Wissenschaftler nun auch nutzen, um die Quelle der kosmischen Strahlung zu finden. Die bisher favorisierte These zum Ursprung der hochenergetischen kosmischen Strahlung sind die Gammablitze. Das sind die größten Explosionen, die wir Menschen bisher im All entdeckt haben und sie werden von riesigen Sternen produziert, wenn sie am Ende ihres Lebens zu einem schwarzen Loch kollabieren (“Hypernova”). Dabei soll auch die hochenergetische kosmische Strahlung erzeugt werden. Aber nicht nur das. Gammablitze sollen auch Neutrinos freisetzen. Die sind elektrisch neutral und werden nicht von den kosmischen Magnetfeldern beeinflusst. Und daher ist es möglich, bei Gammablitzen (die man zum Beispiel mit Teleskopen im Weltraum entdeckt hat) mit IceCube nach passenden Neutrinos zu suchen. Das haben die Forscher getan – und nichts gefunden!

Zwischen 2008 und 2010 hat man rund 300 Gammablitze untersucht und nirgendwo passende Neutrinos entdeckt! Dabei müsste IceCube auf jeden Fall gut genug sein, um die Neutrinos zu finden, wenn sie denn existieren. Es gibt jetzt zwei Möglichkeiten. Entweder hat man die Gammablitze doch nicht so gut verstanden, wie man bisher dachte. Vielleicht entsteht dabei zwar kosmische Strahlung, aber doch keine Neutrinos. Oder aber Gammablitze sind nichtdie Quelle der hochenergetischen kosmischen Strahlung!

Ein positive Ergebnis wäre irgendwie “einfacher” gewesen. “Gigantisches Teleskop im ewigen Eis entdeckt die Quelle der kosmischen Strahlung” wäre eine nette Schlagzeile gewesen. Ein negatives Ergebnis ist immer etwas unbefriedigend. Aber man soll es nicht unterschätzen. Denn immer dann, wenn unsere Erwartung mit unseren Beobachtungen nicht übereinstimmt, besteht die Möglichkeit, dass wir einer wirklich neuen Entdeckung auf der Spur sind…

Kommentare

  1. #1 Thomas A
    18. April 2012

    “Volumen von einem Quadratkilometer”

    eines von den beiden ist wohl falsch :P

  2. #2 Florian Freistetter
    18. April 2012

    @Thomas: Argh! Danke!

  3. #3 ZetaOri
    18. April 2012

    [...] Es gibt jetzt zwei Möglichkeiten. Entweder hat man die Gammablitze doch nicht so gut verstanden, wie man bisher dachte. Vielleicht entsteht dabei zwar kosmische Strahlung, aber doch keine Neutrinos. Oder aber Gammablitze sind nichtdie Quelle der hochenergetischen kosmischen Strahlung!

    Hmm, … oder, 3. Möglichkeit, die Neutrinos sind doch schneller als das Licht und damit schon lange vorbei(bzw. durch-) geflogen. ;-p

  4. #4 Theres
    18. April 2012

    Ich dachte, die (bisher gefundene) Quelle hochenergetischer kosmischer Strahlung wären aktive Galaxienkerne, also “futternde” schwarze Löcher ?
    Müssten dabei auch Neutrinos entstehen? Vermutlich ja …

  5. #5 Theres
    18. April 2012

    … welche Sorte Strahlung jetzt, Hintergrundstrahlung, hochenergetische … jetzt bin ich verwirrt.

  6. #6 Florian Freistetter
    18. April 2012

    @Theres: Hintergrundstrahlung ist was anderes; das sind Photonen, also Licht. Die kosmische “Strahlung” besteht hauptsächlich aus Protonen, also Teilchen.

  7. #7 rolak
    18. April 2012

    Na, ZetaOri, das ist aber bestenfalls die 314. Möglichkeit – als deutlich wahrscheinlicher dürften eingestuft werden müssen, daß durch einen blöden Zufall¹ immer genau dann nicht aufgepaßt wurde, wenn etwas los war; daß alle beteiligten Sensoren just zu den wesentlichen Zeitpunkten einen blackout hatten; daß… Der ganze übliche Kanon halt.

    Völlig unabhängig davon, Florian: Schöner post zu einem interessanten Ergebnis.

    _____
    ¹ wie hieß bloß nochmal dieser Film, in dem einer der Protagonisten bei einem Dauer­blinklicht wegtrat? In nem Labor oder so in der Art… Mieses Gedächtnis, das^^

  8. #8 Jürgen Schönstein
    18. April 2012

    @rolak
    Der Film hiess “Andromeda”, und war die Verfilumg des gleichnamigen Michael-Crichton-Romans.

  9. #9 Wurgl
    18. April 2012

    Komisch. Die Desy sagt auch dass zwischen 2008 und 2010 mit IceCube untersucht wurde. Wikipedia sagt aber, dass IceCube erst im Dezember 2010 fertiggestellt wurde.

    Okay, die Welt wurde nicht an einem Tag erschaffen, IceCube auch nicht. Aber dann sollte man wenigstens sagen, dass IceCube *jetzt* diesen Kubikkilometer an Volumen hat und zur Zeit der Messungen eben noch kleiner war.

    Oder war es noch AMANDA?

  10. #10 rolak
    18. April 2012

    Danke Jürgen, schwirrte mir auch im Kopf herum, doch immer begleitet von einem “kann doch nicht auch noch in dem Film gewesen sein”. Dann war bestimmt das Beispiel mit den Einmotorigen auch dort drin. Vorsichtshalber mal direkt einpflegen…

  11. #11 ZetaOri
    18. April 2012

    @rolak· 18.04.12 · 21:16 Uhr

    Na, ZetaOri, das ist aber bestenfalls die 314. Möglichkeit …

    Jo, ich versuchte es am Ende meines Textes anzudeuten. ;-p
    Aber wie bist Du jetzt auf exakt auf 314 gekommen, sind die 10π Zufall? ;D

    Bei Andromeda war Jürgen Schönstein schneller. Den Roman: …
    http://de.wikipedia.org/wiki/Andromeda_(Roman)
    … fand ich deutlich besser als den Film:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Andromeda_%E2%80%93_T%C3%B6dlicher_Staub_aus_dem_All_(1971)

  12. #12 Martin
    18. April 2012

    Nichts gemessen?
    Da würde ich zuerst einmal alle Kabel kontrollieren. Bei einem defekten Kabel könnte es logisch sein, dass man nichts misst.

  13. #13 rolak
    18. April 2012

    Tja, ZetaOri:
    /Zufall/ nein, das ist in diesem Blog Vorschrift.
    /besser/ Das Buch kannte ich auch schon vor dem Film. Gute Filme nach Büchern gibt es sehr wohl, doch für ‘gute Buchverfilmung’ fehlt mir immer etwas beim Lesen für wichtig Befundenes im Film…

  14. #14 ZetaOri
    18. April 2012

    @rolak· 18.04.12 · 22:39 Uhr

    Tja, ZetaOri:
    /Zufall/ nein, das ist in diesem Blog Vorschrift.

    Stimmt, ich erinnere mich. Aber fehlen da dann nicht noch 98 Nachkommastellen?

    [...] doch für ‘gute Buchverfilmung’ fehlt mir immer etwas beim Lesen für wichtig Befundenes im Film…

    ! Und dann die Diskrepanz zwischen Film und Kopfkino beim Lesen des Buches.
    (und jetzt höre ich mit dem OT hier besser auf, sonst gibt´s wieder Haue ;))

  15. #15 Alex
    18. April 2012

    @Wurgl: Aus der Original-Veröffentlichung, die oben leider nicht erwähnt/verlinkt ist:

    The results presented here were obtained while IceCube was under
    construction, using 40 and 59 of the 86 photomultiplier strings of the
    final detector.

  16. #16 Jörg
    19. April 2012

    Die Neutrinos sind halt doch schneller als Licht und kommen daher schon Donnerstag Nachmittag vor dem Gammablitz an!

  17. #17 rolak
    19. April 2012

    /nachmittags/ Zu Tee & Gebäck, Jörg?

    Hi Wurgl, als Ergnzung zu Alex: IceCube wurde auch schon vor der Komplett-Fertigstellung im vorgeplanten Ausmaß benutzt (in den Daten sortiert durch den #string-angebenden Index), da hinten gibt es zB die Ergebnisse des IceCube-40 von 4/08 bis 5/09.

  18. #18 Florian Freistetter
    19. April 2012

    @Alex: “Aus der Original-Veröffentlichung, die oben leider nicht erwähnt/verlinkt ist:”

    Ja, weil ich den Artikel schon Mittwoch Vormittag geschrieben habe und da das paper bei nature noch unter Embargo stand und ich es nicht sehen konnte bzw. keinen link drauf setzen konnte. Aber die Pressemitteilung ist verlinkt und da steht auch die Referenz zum Paper drin.

  19. #19 Wurgl
    19. April 2012

    @Alex & Roland: Ja, sowas hab ich mir gedacht. Nur war dieses Experiment damals nicht 1km³ groß, sondern eben kleiner und man hatte für diese Messung eben nicht die 5160 Sensoren, sondern weniger. *korinthenkack*

  20. #20 Sierra
    19. April 2012

    @Florian: Mal ein anderer Erklaerungsansatz. Als direkte Schlussfolgerung aus der Neutrino-Oszillation wissen wir ja nun das Neutrinos eine Masse haben. Daraus ergeben sich fuer mich 2 weitere Erklaerungsmoeglichkeiten:
    1. Massive Teilchen fliegen langsamer als das Licht, d.h. das Neutrino-Signal kommt spaeter an als der Gammablitz. Wenn jetzt einfach nicht lange genug gewartet wurde koennte das doch das ausbleiben eines Neutrino-Signals erklaeren, oder?
    2. Massive Teilchen werden von gravitativen Feldern beeinflusst, d.h. es ist doch zumindest nicht unmoeglich das die Neutrinos durch Sterne/Staubwolken/Dunkle Materie abgelenkt wurden. Wuerde das dann nicht auch das ausbleiben eines Neutrino-Signals erklaeren?

    P.S. Wuerde mich ueber einen Artikel zu http://www.eso.org/public/news/eso1217/ freuen.

  21. #21 Sierra
    19. April 2012

    @Florian: Das ging schnell. Bereits 2 Minuten spaeter ist der gewuenschte Artikel online. Weiter so!

  22. #22 Christian
    19. April 2012

    Wirkt sich eigentlich das Magnet der Sonne auch auf die Erde aus so das weniger kosmische Strahlung zu uns kommt oder kriegt die Erde das volle Programm ab?
    Wenn die Sonne uns Schützt wieviel kosmische Strahlung kommt den Prozentual noch bei der Erde an.
    [url] http://www.eike-klima-energie.eu/fileadmin/user_upload/Bilder_Dateien/Leistenschneider_Magnetfeld___Sonne/Abbildung%208.JPG [/url]

  23. #23 Florian Freistetter
    19. April 2012

    @Christian: “Wirkt sich eigentlich das Magnet der Sonne auch auf die Erde aus so das weniger kosmische Strahlung zu uns kommt oder kriegt die Erde das volle Programm ab?”

    Ja klar, die Sonnenaktivität hat da Einfluss. Aber das hat nichts mit dem Klima zu tun (Eike ist keine wirklich seriöse Einrichtung): http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2012/02/vahrenholts-kalte-sonne-svensmarks-kosmische-strahlen-und-der-klimawandel.php

  24. #24 Theres
    19. April 2012

    Ich muss noch mal nachfragen, denn so ganz habe ich es noch nicht begriffen:

    IceCube misst Neutrinos, von denen man annimmt, dass sie die kosmische Strahlung begleiten, oder so ähnlich, las ich mehrmals (auf englisch allerdings). Könnte es nicht sein, dass dem einfach nicht so ist? Also, kosm. Strahlung ohne Neutrinos?
    Mehr wurde doch eigentlich nicht gezeigt – und das hätte einen anderen, wie sage ich das, Gehalt als sie kommen woanders her.
    Oder verstehe ich wieder nur die Hälfte …

  25. #25 Christian
    19. April 2012

    @ Florian:; Es ging mir nur um das Bild, weil ich das mal gesehen hatte mir geht es nicht ums Klima. Sondern ich wollte mit dem Bild nur meine Frage verdäutlichen, weil ich nicht wusste ob jemand sie versteht. ;-) Aber anscheind schon.

  26. #26 rolak aka rolak
    19. April 2012

    Hi Theres, unter der Voraussetzung, daß ich es richtig verstanden habe: Für die Entstehung der kosmischen Strahlung gibt es diverse Ursachen mit den entsprechenden Modellen. In der kS gibt es allerdings höchstenergetische Teilchen, die mit dem bisherigen Sammel­surium nicht erklärbar sind.
    Der hier behandelte Lösungsansatz war: GRB. Falls die Hypothese zuträfe, die mit den GRB die Hochenergetiker erklärt, müßte gleichzeitig ein Neutrinoschauer erzeugt werden. Den gibt es nun leider (bzw interessanterweise) nicht, also Hypothese verworfen, also (erst mal) keine GRBs als Erklärung, also weiterdenken, -messen, -forschen.

    (Tarnkäppchen wg mißlungenem Kommentarabo)

  27. #27 Theres
    19. April 2012

    @rolak
    Danke sehr … für die gelungen Zusammenfassung – leider hat sie meine Frage nicht beantwortet. (Oder doch … les, les … ich glaube, ich bin etwas vernagelt ;)
    Müsste werden – eben.
    Woher weiß man das und hat man sich da nicht geirrt?
    In Florians Text steht: “Gammablitze sollen auch Neutrinos freisetzen …”
    – Und wenn es eben nicht so ist?

  28. #28 Florian Freistetter
    19. April 2012

    @Theres: “In Florians Text steht: “Gammablitze sollen auch Neutrinos freisetzen …” — Und wenn es eben nicht so ist? “

    Ja, das kann sein. Das ist eine der möglichen Interpretationen des Ergebnis. Steht aber auch im vorletzten Absatz: “Es gibt jetzt zwei Möglichkeiten. Entweder hat man die Gammablitze doch nicht so gut verstanden, wie man bisher dachte. Vielleicht entsteht dabei zwar kosmische Strahlung, aber doch keine Neutrinos. “

  29. #29 Theres
    19. April 2012

    @Florian
    Ja, ich bin heute etwas … nun, verbal minderbemittelt :(
    Also: Ich wollte eigentlich wissen, welche Folgen es hätte, wenn die Gammablitze so anders sind … was es bedeutet, wie GBRs dann erklärt werden … Aber ich gehe sowieso davon aus, dass du davon berichtest, wenn was bekannt wird. :)

  30. #30 Christophe nicolas
    2. Mai 2012

    Es ist nicht ein Fehler, der Überlichtgeschwindigkeit Geschwindigkeit von Neutrinos. Fragen Sie an der Fakultät für Physik der Max-Planck-Institut. Er erhielt einen Französisch Artikel, die all dies und noch viel mehr erklärt …
    Ihre Kanzlerin Frau Merkel hat diesen Punkt eingegangen, aber es wird verloren, wahrscheinlich bekommen, in der das Funktionieren der Verwaltung. Präsident Obama empfangen hat. Präsident Sarkozy empfangen wurde, aber es ist im Wahlkampf. Ihr Botschafter in Frankreich erhalten, um diesen Artikel zu Ihrem Bundeskanzler übersetzen.
    Es tut uns leid, ich spreche nur wenig Englisch und Deutsch so schlecht ist es auf Französisch.
    Warum Einstein war falsch? Dies ist eine sehr lange Geschichte, aber ich denke es ist Frankreich, dass Sie lernen. Damage, ist Angela MERKEK wahrscheinlich das einzige Staatsoberhaupt in der Lage sein zu verstehen.
    Ja es war wirklich eine sehr gute Idee, um die Geschwindigkeit von Neutrinos messen, weil die dunkle Energie, dunkle Masse, die Sonde Pioneer und viele andere Rätsel gelöst werden.

    Wie auch immer, ich denke, NASA-Budget wird bald erhöht werden, drastisch erhöht …

    Ich denke, A. Merkel wird sehr wütend, wenn sie hört, dass er nicht auf die früheren Artikel übertragen.

    Christophe Nicolas
    70 Sackgasse jalopy
    Frans-01480 Frankreich

  31. #31 christophe NICOLAS
    2. Mai 2012

    Es ist nicht ein Fehler, der Überlichtgeschwindigkeit Geschwindigkeit von Neutrinos. Fragen Sie an der Fakultät für Physik der Max-Planck-Institut. Er erhielt einen Französisch Artikel, die all dies und noch viel mehr erklärt …
    Ihre Kanzlerin Frau Merkel hat diesen Punkt eingegangen, aber es wird verloren, wahrscheinlich bekommen, in der das Funktionieren der Verwaltung. Präsident Obama empfangen hat. Präsident Sarkozy empfangen wurde, aber es ist im Wahlkampf. Ihr Botschafter in Frankreich erhalten, um diesen Artikel zu Ihrem Bundeskanzler übersetzen.
    Es tut uns leid, ich spreche nur wenig Englisch und Deutsch so schlecht ist es auf Französisch.
    Warum Einstein war falsch? Dies ist eine sehr lange Geschichte, aber ich denke es ist Frankreich, dass Sie lernen. Damage, ist Angela MERKEK wahrscheinlich das einzige Staatsoberhaupt in der Lage sein zu verstehen.
    Ja es war wirklich eine sehr gute Idee, um die Geschwindigkeit von Neutrinos messen, weil die dunkle Energie, dunkle Masse, die Sonde Pioneer und viele andere Rätsel gelöst werden.

    Wie auch immer, ich denke, NASA-Budget wird bald erhöht werden, drastisch erhöht …

    Ich denke, A. Merkel wird sehr wütend, wenn sie hört, dass er nicht auf die früheren Artikel übertragen.

    Christophe Nicolas
    70 Sackgasse jalopy
    Frans-01480 Frankreich

  32. #32 Kallewirsch
    2. Mai 2012

    Christophe

    es macht nicht sehr viel Sinn, einen französischen Text mittels Online-Übersetzer ins Deutsche zu transferieren und den dann zu posten. Dein Text ist nahezu unleserlich und es geht noch nicht einmal eindeutig hervor, was du eigentlich sagen willst.

    Chrsitophe

    There is not much sense in writing a french text and then use an online translator to come up with a german translation. Your text is nearly unreadable. Plus it is nearly impossible to guess what exactly you want to say.

    (Schade das ich kein Französisch kann)