Gesundheit : Teilchenphysik: Auf Neutrinofang mit Messnetz am Südpol

Thomas de Padova

Die Lichterkette ist festgefroren. Fast zwei Kilometer tief stecken die 677 fußballgroßen Kugeln im antarktischen Eis. Sie bilden zusammen ein weites, zylinderförmiges Netz. Die Kugeln sollen hell aufblitzen, wenn ein kleiner, flotter Fisch durchs Netz eilt, der mit anderen Mitteln bis dato nicht einzufangen war: ein hochenergetisches Neutrino. Solche Partikel stammen aus dem Innern von Galaxienkernen oder von Sternexplosionen. Wer sie erwischt, erhält Kunde aus entlegenen und bisher uneinsichtigen Ecken des Universums.

Das Netz ist engmaschig genug, die Lichterkette leuchtet. Forscher um Francis Halzen von der University of Wisconsin haben den Nachweis erbracht, dass das bisher einzigartige Neutrino-Teleskop funktioniert. Sie haben damit erstmals rund 200 hochenergetische Neutrinos registriert. Nun können Astronomen hoffen, bald Einblicke in bisher wenig erforschte kosmische Prozesse zu gewinnen.

Neutrinos sind flüchtig. Einmal entstanden, eilen die Partikel schnurgerade durch den Kosmos. Sie lassen sich durch nichts aufhalten, können - im Gegensatz zu Licht - auch Sterne oder Planeten wie die Erde durchqueren: Tritt ein Neutrino am Nordpol senkrecht in den Erdball ein, fliegt es zum Südpol wieder heraus.

Abermilliarden Neutrinos sausen sekündlich durch die Erde, ohne irgendeine Spur zu hinterlassen. Hin und wieder verfängt sich jedoch ein Neutrino in Gestein, Wasser oder Eis. Es trifft auf einen Atomkern. Diese energiegeladene Vereinigung ist nur von kurzer Dauer. Aus ihrem Zerfall gehen neue Partikel hervor, zum Beispiel die den Elektronen recht ähnlichen Myonen. Und die fallen anhand der Leuchtspur auf, die sie auf ihrem Flug hinterlassen (Cherenkov-Licht). Ein Netz aus Lichtverstärkern kann die Bahn der Myonen sichtbar machen. Die nachgezeichnete Spur erlaubt dann Rückschlüsse auf die Richtung und die Energie des ursprünglichen Neutrinos.

Gegenwärtig gibt es viele Bemühungen solche Netze aus Lichtverstärkern über dem Globus auszuwerfen. Da Neutrinos so schwer zu fassen sind, hat das Unterfangen allerdings nur dann Aussicht auf Erfolg, wenn die Netze dicht und möglichst groß sind. Jedes Neutrino-Teleskop muss sich über ein riesiges Volumen erstrecken. Gleichzeitig aber sollte es vor störenden Einflüssen geschützt sein. Denn sonst sammeln sich darin statt der gewünschten kosmischen Neutrinos nur ungeliebte Fische völlig anderen Ursprungs.

Derartige Schwierigkeiten scheinen die Physiker anzuspornen. Derzeit errichten Forscher Unterwasserteleskope vor der französischen und griechischen Küste. Der drei Kilometer dicke Eisschild am Südpol aber eignet sich für die Neutrino-Astronomie besonders gut.

Im antarktischen Sommer, von November bis Februar, stapfen unter anderem Physiker von der Außenstelle des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (Desy) in Zeuthen übers Eis. Sie sind seit einigen Jahren Gäste der von US-Wissenschaftern gebauten Amundsen-Scott-Station. Mit heißem Wasser schmelzen sie Löcher in den Untergrund und versenken darin ihre kugelförmigen, druckfesten Lichtverstärker. Diese frieren schnell fest und ändern fortan ihre Position nicht mehr - ein erheblicher Vorteil für die anschließenden Messungen.

Das antarktische Netz "Amanda" wuchs mit den Jahren immer weiter an. 1997 habe es noch aus 300 Messinstrumenten bestanden, erzählt der Desy-Wissenschaftler Christopher Wiebusch, der zuletzt vor anderthalb Jahren am Südpol war. Heute sind es bereits 677.

"Es ist ein sehr schwieriges Experiment, und wir haben viel Lehrgeld zahlen müssen", sagt Wiebusch. Es habe etliche Jahre gedauert, aus den Daten von 1997 Neutrinospuren mit der nötigen Gewissheit auszulesen. Die Daten seien immer noch nicht vollständig ausgewertet. "Aber wir haben zum ersten Mal hochenergetische Neutrinos gemessen. Wir hoffen, dass wir die Daten von 1998 und 1999 nun schneller auswerten können."

"Wir haben jetzt eine geeignete Beobachtungstechnik", sagt Francis Halzen. Die registrierten Neutrinos entstammten jedoch weder entfernten Sternen noch extragalaktischen Quellen, berichten er und seine Kollegen jetzt im Wissenschaftsmagazin "Nature" (Band 410, Seite 441). Es handele sich einstweilen noch um Neutrinos, die bei diffusen, kaskadenartigen Prozessen der Erdatmosphäre entstanden sind.

Um die Suche nach punktförmigen Neutrinoquellen im All beginnen zu können, muss das Messnetz noch einmal vergrößert werden. Insgesamt 4800 Lichtverstärker wollen die Forscher dazu über einen Kubikkilometer Eis verteilen. Mit diesem neuen, auf den Namen "Icecube" getauften Teleskop soll die Neutrino-Astronomie endgültig beginnen.

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