AUf diese Weise ist es 1956 dden Wissenschaftlern Clyed Cowan und Frederick Reines gelungen, die Existenz der Neutrinos nachzuweisen und seitdem werden sie von den Forschern intensiv untersucht. Lange Zeit war zum Beispiel nicht klar, ob Neutrinos eine Masse haben. Heute weiß man, dass sie NICHT masselos sind, aber ihre Masse ist so enorm gering, dass man sie immer noch nicht genau messen konnte. AUßerdem gibt es drei verschiedene Arten von Neutrinos, die sich noch dazu ineinandern umwandeln können, was ihre Untersuchung weiter verkompliziert.

Bei den Kernreaktionen im Inneren der Sonne entstehen zum Beispiel jede Menge Neutrinos die genau wie Sonnenlicht und Energie hinaus ins All strahlen. Als man anfing, diese Sonnenneutrinos in Detektoren nachzuweisen, hat man gemerkt, dass viel zu wenig ankommen. Man hatte mehr erwartet – aber damals eben noch nicht gewusst, dass es drei Neutrinoarten gibt, und ein Neutrino der einen Art sich immer wieder mal in ein Neutrino einer anderen Art umwandeln kann. Und da die Detektoren nur darauf ausgerichtet waren, eine ganz bestimmte Art zu registrieren, hat man viel verpasst.

Neutrinodetektoren sind aber an sich schon ziemlich komplizierte Geräte. Da Neutrinos eben so enorm selten mit normaler Materie wechselwirken, braucht man sehr, sehr viel normale Materie im Detektor, um die Chance zu erhöhen, dass zumindest ein paar Wechselwirkungen dabei sind, die man nachweisen kann. Eine Methode die dabei verwendet wird, nutzt große Mengen an Wasser oder Eis. Hauptsache die Materie ist durchsichtig, denn darauf kommt es an. Wenn ein Neutrino doch mal auf ein Teilchen der normalen Materie trifft, dann kann es bei dieser Wechselwirkung zum Beispiel ein Elektron erzeugen. Das bewegt sich dann enorm schnell; schneller als die lokale Lichtgeschwindigkeit.

Denn Licht erreicht ja nur im absoluten Vakuum seine Höchstgeschwindigkeit von 299.792,458 Kilometer pro Sekunde . Bewegt es sich durch Materia, also zum Beispiel durch Luft oder Wasser, dann ist es ein bisschen langsamer. Und sehr schnelle Teilchen wie eben die von den Neutrinos erzeugten Elektronen können das Licht bei der Bewegung durch die Materie überholen. Dabei entsteht eine Art “Optische Schockwelle”; so etwas ähnliches wie der Überschnallknall, der zu hören ist, wenn man die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Bewegt sich ein Teilchen schneller als Licht, dann knallt es zwar nicht, aber es gibt einen charakteristischen Lichtblitz, die sogenannte Cherenkov-Strahlung. Und die kann man nachweisen. So ein Neutrinodetektor besteht also aus gigantischen Tanks voll mit Wasser und Geräten, die noch die kleinsten Lichtblitze registrieren.

Diese Detektoren kann man aber nicht einfach irgendwo in die Gegend stellen. Es macht ja auch keinen Sinn, wenn man ein Teleskop direkt unter die Fluchtlichtstrahler in einem Fußballstadion stellt. Das ganze Licht der Strahler würde das schwache Licht der Sterne überstrahlen und man würde nicht sehen, was man möchte. Genauso gibt es überall störende “Hintergrundneutrinos”; also Neutrinos die bei allen möglichen Prozessen erzeugt werden, die einen nicht interessieren wenn man zum Beispiel die Neutrinos von der Sonne beobachten will. Man muss sich vor diesen störenden Neutrinos abschirmen und möglichst viel Materie zwischen sie und den Detektor bringen. Deswegen findet man die Neutrinodetekoren meistens tief im Untergrund; in alten Minenschächten zum Beispiel.

Das blockiert natürlich nicht alle Neutrinos ab denn die lassen sich von normaler Materie ja kaum aufhalten. Aber zumindest wird das “Neutrinorauschen”, das aus allen Richtungen auf den Detektor einprasselt, ein wenig reduziert und man kann sich besser auf das wesentliche konzentrieren.

Zum Beispiel die Beobachtung des Himmels. Die Neutrino-Astronomie ist im Vergleich zur normalen Astronomie noch nicht recht weit fortgeschritten. Wie gesagt: Es ist enorm schwierig, die Neutrinos nachzuweisen. Bis jetzt hat man das “Neutrinolicht” erst bei zwei Himmelsobjekten zweifelsfrei nachweisen können.

Eines davon ist natürlich unsere Sonne. Bei den Kernreaktionen in ihrem Inneren, wo Wasserstoff zu Helium fusioniert wird, entstehen auch Unmengen an Neutrinos. Da sie mit dem Rest der normalen Materie kaum wechselwirken, verlassen sie den Kern der Sonne sofort. Die Lichtteilchen dagegen stoßen andauernd gegen Teilchen der Sonnenmaterie und brauchen im Durchschnitt hunderttausend Jahre, um die Oberfläche zu erreichen. Die Neutrinos dagegen gehen glatt durch und sie liefern wichtige Informationen darüber, WELCHE Kernreaktionen im Detail ablaufen.

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Kommentare (11)

  1. #1 Berenisis
    14. November 2014

    Mich würde interessieren, ob Du der Meinung bist, dass die Kritik an Matt Taylors buntes Hemd berechtigt ist oder nicht: https://www.theverge.com/2014/11/13/7213819/your-bowling-shirt-is-holding-back-progress (von seinen Tatoos ganz zu schweigen). Müssen bzw. dürfen Astronomen so weltfremd und weltentrückt sein, ist es eine Provokation, Gedankenlosigkeit, wollte er eine gesellschaftliche Debatte lostreten oder ist die Reaktion von The Verge überzogen?

  2. #2 Florian Freistetter
    14. November 2014

    @Berenisis: “Mich würde interessieren, ob Du der Meinung bist, dass die Kritik an Matt Taylors buntes Hemd berechtigt ist oder nicht”

    Das hat mit dem Thema des Podcasts aber nun wirklich nichts zu tun. Aber ja, die Kritik ist berechtigt. Siehe dazu zb hier:

    https://smallpondscience.com/2014/11/12/new-requirement-for-scientists-you-cannot-be-a-sexist-pigdog/
    https://inversesquare.wordpress.com/2014/11/12/what-not-to-wear-to-a-comet-landing/
    https://amandabauer.blogspot.de/2014/11/but-i-didnt-mean-like-that.html
    https://www.theguardian.com/science/2014/nov/13/why-women-in-science-are-annoyed-at-rosetta-mission-scientists-clothing

  3. #3 McPomm
    14. November 2014

    Der Begriff “Kosmische Strahlung” kann ja sowohl für elektromagnetische Strahlung (Photonen) als auch für Strahlung von hochenergetischen Teilchen im eigentlichen Sinne (Atome, Moleküle, Protonen, freie Elektronen etc.) verstanden werden. Gibt es da auch schon Observatorien für? Also gibt es neben Licht-, Gravitations- und Neutrino-Astronomie auch Teilchenstrahlungsastronomie?

  4. #4 McPomm
    14. November 2014

    Ah. Wie ich sehe, gibt es bereits ein Projekt, das sich mit Teilchenastronomie beschäftigt: https://en.wikipedia.org/wiki/Telescope_Array_Project

    Der Vorgänger-Detektor https://en.wikipedia.org/wiki/High_Resolution_Fly%27s_Eye_Cosmic_Ray_Detector hat ein extrem hochenergetischen Teilchen (wahrscheinlich ein Proton) entdeckt. Kam aus der Region
    Das Herkunftsgebiet liegt bei α = 5h 40m 48s ± 0h 2m, δ =48° ± 6° (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God-Teilchen). Da kamen wohl noch ein paar mehr solche Teilchen her.

  5. #5 Florian Freistetter
    14. November 2014

    @McPomm: “Gibt es da auch schon Observatorien für?”

    Klar, kosmische (Teilchen)Strahlung wird auch beobachtet. Zb hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Pierre-Auger-Observatorium

  6. #6 McPomm
    14. November 2014

    Klar, kosmische (Teilchen)Strahlung wird auch beobachtet. Zb hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Pierre-Auger-Observatorium

    Ja, hatte ich auch bereits geschrieben. Aber das Posting ist irgendwie verschwunden. Oder noch im Filter…

    Interessant ist auch https://en.wikipedia.org/wiki/Telescope_Array_Project.

  7. #7 Bernhard
    München
    14. November 2014

    Dass bei Neutrino-Observatorien unerwünschte Neutrinos abgeschirmt werden stimmt nicht. Störend ist das Licht aus anderen Quellen und vor allen die kosmische Strahlung. Außerdem lassen sich Neutrinos gar nicht abschirmen.

    Interessant ist auch dass man Neutrinos aus den irdischen Kernreaktoren beobachten kann.

  8. #8 Karl Heinz
    Puchheim
    14. November 2014

    Ein Neutrino macht sich durch einen Lichtblitz im Wassertank bemerkbar. Hat dieses Photon denn eine Vorzugsrichtung (wie im Laserlicht) ? Ich kann mir nicht vorstellen, wie man sonst aus dem “Lichtblitz” auf die Richtung zurückschließen kann, aus dem das Neutrino angekommen ist. Der Rückschluss auf die Energie erfolgt ja wohl über die Wellenlänge des erzeugten Lichtes – oder?

  9. #9 Christoph Seufert
    15. November 2014

    @Bernhard: Die Neutrinos von Kernreaktoren nutzt man ja auch aktiv in Experimenten, z.B. https://dayabay.ihep.ac.cn/twiki/bin/view/Public/

    Ich finde es generell faszinierend wie in den letzten Jahren die beschleunigerlose Elementarteilchenphysik mit unzähligen Experimenten an Bedeutung gewonnen hat.

  10. […] Zufall) habe ich erst kürzlich über ein Projekt zur Neutrinobeobachtung berichtet und auch eine Podcastfolge zur “Neutrinoastronomie” veröffentlicht. Darin habe ich das erwähnt, was vermutlich auch jeder zur journalistischen […]

  11. […] nutzbare Energiequelle.” Dass daraus nichts wird, liegt allerdings nicht alleine an den interaktionsunwilligen Neutrinos, sondern auch an fehlendem Personal. In Deutschland wird das Projekt durch einen Anwalt für […]