06.08.2013

Bergische Universität Wuppertal

Geisterteilchen im Eis

Während die meisten Magazine besonders attraktive Menschen auf ihren Titelbildern zeigen, um die Aufmerksamkeit der Leser zu wecken, scheinen Physiker auf ganz andere Motive anzusprechen. So ist die Titelschönheit einer der wichtigsten Zeitschriften der Physik – „Physical Review Letters“ – ein Neutrino.

Dargestellt sind die Spuren, die das Neutrino im tiefen Eis des Südpols hinterlassen hat. Aufgezeichnet hat diese Signale der IceCube-Detektor, an dem auch die Bergische Universität Wuppertal beteiligt ist. Insgesamt wurden sogar zwei Neutrinos dieses Typs entdeckt. Besonders pikant dabei: „Die IceCube-internen Codenamen für die zwei lauten Ernie und Bert, wie die populären Figuren der Fernsehserie Sesamstraße“, verrät der Wuppertaler Astroteilchenphysiker Prof. Dr. Klaus Helbing. Ernie und Bert sind, wie die Serienfiguren, ausgesprochen energiegeladen. Die hohe Energie ist auch das Besondere an den beiden Neutrinos, da sie so eigentlich nicht auf der Erde produziert werden können, sondern kosmischen Ursprungs sein müssen.

Vom schrulligen Humor der Physiker bei der Namensgebung darf man sich also nicht fehlleiten lassen: Die beiden Neutrinos sind aller Wahrscheinlichkeit nach ein ernstzunehmender wissenschaftlicher Durchbruch. Ferne Galaxien senden offenbar nicht nur Licht aus, sondern auch Elementarteilchen – nämlich Neutrinos. Diese werden häufig als Geisterteilchen bezeichnet, weil sie so schwer nachzuweisen sind. Die extrem hohe Energie der Teilchen bedeutet, dass dort physikalische Prozesse ablaufen, wie wir sie auf der Erde selbst in so großen Laboratorien wie dem Europäischen Zentrum für Teilchenphysik CERN nicht erzeugen können. Die berechneten Energien betragen knapp über 1 Peta-Elektronenvolt (= 1 Billiarde Elektronenvolt, eine Eins mit 15 Nullen). Das ist mehr als tausendmal höher als Energien von Neutrinos, die je mithilfe von Teilchenbeschleunigern erzeugt wurden – ein größerer Unterschied als zwischen einem alten Fiat 500 und einem modernen Kampfflugzeug. Dabei kann man also nicht nur etwas über das gegenwärtige Universum und seine Struktur lernen, sondern auch über die Physik bei hohen Energien kurz nach dem Urknall.

Das Neutrinoteleskop IceCube ist der größte Teilchendetektor der Welt. Es besteht aus einem Kubikkilometer Eis am Südpol, der mit über 5000 hochempfindlichen Lichtsensoren durchsetzt ist. Sie fangen die Spuren von Neutrinos aus dem Weltall auf, um durch diese Himmelsboten Informationen über weit entfernte Galaxien zu erhalten. Das internationale IceCube-Team besteht aus rund 260 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von 36 Forschungsinstitutionen aus acht Ländern. Aus Deutschland sind neun Forschungsinstitutionen beteiligt. Die deutschen Teilnehmer haben neben einem Viertel der optischen Sensoren einen wesentlichen Teil der Empfangselektronik an der Eisoberfläche beigesteuert. Der deutsche Beitrag von etwa 20 Millionen Euro wurde durch Mittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und über die Grundausstattungen der beteiligten Universitäten finanziert.

Aus Deutschland sind neben der Bergischen Universität Wuppertal folgende Institutionen an IceCube beteiligt: RWTH Aachen, Humboldt-Universität Berlin, Ruhr-Universität Bochum, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Technische Universität Dortmund, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Technische Universität München.

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