Nobelpreis für Physik: Alles durchdringende Neutrinos

Ein Japaner und ein Kanadier werden dafür geehrt, weil sie nachgewiesen haben, dass Neutrinos auch eine Masse besitzen

Das Sudbury-Neutrino-Observatorium in einer kanadischen Nickelmine. Foto: Sudbury Neutrino Observatory/dpa

Die winzigen Teilchen durchdringen in hoher Zahl unseren Körper und wir können sie trotzdem nicht wahrnehmen. Mehr als 60 Milliarden Neutrinos, von der Sonne kommend, prallen jede Sekunde auf einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche. Sie können sogar die Erdkugel durchdringen.

Dass es Neutrinos gibt, wurde schon seit den 1930er Jahren vermutet. Es dauerte dann noch viele Jahre, bis auch der Nachweis gelang. Dafür gab es 2002 den Physiknobelpreis. Dieses Jahr standen beim Nobelpreis für Physik wieder die Neutrinos im Mittelpunkt: Der Japaner Takaaki Kajita (56) und der Kanadier Arthur McDonald (72) werden dafür geehrt, dass sie die jahrzehntelange Annahme widerlegt haben, die Neutrinos seien masselos, teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit.

Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen und ein zentraler Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik. Nach den Lichtteilchen, den Photonen, sind die Neutrinos die am zahlreichsten vorkommenden Teilchen des Universums.

Geschätzt wird, dass die Masse der Neutrinos etwa so groß ist wie die Masse aller sichtbaren Sterne. Viele der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegenden Neutrinos entstehen bei Reaktionen der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre, andere bei den Kernreaktionen in der Sonne.

So gigantisch der Schwarm der Elementarteilchen ist, so schwierig war ihr Nachweis: Gewaltige Anlagen tief unter der Erdoberfläche wurden gebaut, um Störsignale vom Rauschen der kosmischen Strahlung oder spontanen radioaktiven Zerfallsreaktionen zu vermeiden.

Drei Arten von Neutrinos gibt es: Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos. Die Nobelpreis-Akademie erklärte, McDonald und Kajita hätten mit ihren Experimenten gezeigt, dass Neutrinos ihre Identität ändern. Sie wechseln zwischen verschiedenen Versionen. Das war auch der Beweis, dass Neutrinos eine Masse haben müssen.

Eintausend Meter unter der Erde

Kajita zeigte 1998, dass die im Super-Kamiokande-Detektor in einer alten Zink-Mine nordwestlich von Tokio eingefangenen Neutrinos ihre Identität in der Atmosphäre geändert haben. 1.000 Meter unter der Oberfläche waren dort mehr als 11.000 Lichtdetektoren um einen 50.000 Tonnen fassenden Wassertank postiert worden. „Mehr als 100 Forscher arbeiteten an dem Super-Kamiokande-Experiment“, erklärte Kajita.

Drei Jahre später wies McDonald am Sudbury-Neutrino-Observatorium in Kanada nach, dass das Gleiche mit Neutrinos passiert, die von der Sonne stammen. Sein Arbeitsplatz war in einer Nickel-Mine in Kanada zwei Kilometer unter der Erde gebaut worden.

Das Experiment, bei dem er die Metamorphose der Elementarteilchen exakt nachgewiesen habe, sei für ihn ein Aha-Erlebnis gewesen, sagte McDonald, der per Telefon in die Pressekonferenz der Akademie zugeschaltet wurde. Auf die Frage, welche Phänomene in der Teilchenphysik jetzt noch zu klären seien, sagte er, die Forscher wüssten zwar nun, dass Neutrinos eine Masse haben, wollten aber natürlich wissen, wie schwer sie genau sind. (mit dpa und ap)