Wissen: Schneller als Einstein erlaubt

Tun sie es oder tun sie es nicht? Seit Monaten ist es das Thema unter Physikern: Bewegen sich Neutrinos – geisterhafte Elementarteilchen – schneller als das Licht? Und verletzen sie damit die sakrosankte Relativitätstheorie Albert Einsteins, eine der tragenden Säulen der modernen Physik?

Die Meldung löste großen Wirbel aus, nicht nur unter Physikern. Am 23. September präsentierte ein internationales Forscherteam im Rahmen eines Seminars, das live im Internet übertragen wurde, die bislang genauesten Messungen der Geschwindigkeit von Neutrinos. Demnach sollen die Teilchen sieben Kilometer pro Sekunde schneller sein als das Licht, das sich mit einer Geschwindigkeit von 299 792 Kilometern pro Sekunde bewegt. Der Geschwindigkeitsunterschied ist gering, aber er könnte die moderne Physik aus den Angeln heben.

Denn die Lichtgeschwindigkeit ist gemäß der Relativitätstheorie die universell gültige Obergrenze für jede Art von Bewegung im Universum. Eine Überschreitung dieser Grenze würde, zumindest theoretisch, Verletzungen der Kausalität, also eine Umkehr von Ursache und Wirkung, ebenso ermöglichen wie Reisen durch die Zeit. Es ist also verständlich, dass die Physiker in aller Welt das präsentierte Messergebnis mit großer Skepsis aufgenommen haben und sofort damit begannen, nach möglichen Fehlern bei Messungen, Auswertung und Interpretation der Daten zu suchen.

Das Forscherteam hatte die Ausbreitung der Neutrinos von einem Beschleuniger am europäischen Kernforschungszentrum Cern in der Nähe von Genf zu einem unterirdischen Detektor am italienischen Laboratori Nazionali del Gran Sasso in den Abruzzen untersucht. Eine Strecke von 730 Kilometern müssen die Teilchen zurücklegen, dazu benötigen sie etwa zwei Tausendstel Sekunden. Die extrem genauen Messungen der Wissenschaftler zeigen, dass die Neutrinos den Detektor etwa 60 Milliardstel Sekunden früher erreichen als erwartet.

Natürlich ist eine solche Messung mit ungeheuren Schwierigkeiten behaftet. Die Flugstrecke der Teilchen sowie ihre Entstehungs- und Ankunftszeit müssen extrem genau bekannt sein. Selbst die Zeit, die die Messsignale für ihren Weg durch die Kabel zwischen den Geräten benötigen und die Reaktionszeit der elektronischen Bauteile haben die Forscher berücksichtigt. Wieder und wieder haben sie alle denkbaren Fehlerquellen überprüft, denn das Resultat war ihnen selbst nicht geheuer. „Nach monatelangen Untersuchungen und Gegenproben haben wir nicht einen einzigen instrumentellen Effekt gefunden, der das Ergebnis erklären könnte“, sagte der Sprecher des Experiments, Antonio Ereditato.

Ein gewichtiger Kritikpunkt konnte allerdings nicht auf Anhieb entkräftet werden. Da Neutrinos naturgemäß kaum mit Materie reagieren (siehe Kasten), lassen sie sich auch kaum mit einem Detektor nachweisen. Daher haben die Physiker nicht einzelne Neutrinos, sondern ganze Pulks der Teilchen gemessen, um die Chance für einen Einfang der geisterhaften Teilchen zu erhöhen. Möglicherweise, so lautete der Einwand, habe sich nur die Form des Neutrino-Pulks auf dem Weg verändert und so den Eindruck einer höheren Geschwindigkeit erweckt, ohne dass sich die einzelnen Neutrinos wirklich schneller als das Licht bewegt haben.

Doch dieser Einwand konnte inzwischen widerlegt werden. Messungen mit einzelnen Neutrinos ergaben im Rahmen enger Fehlergrenzen die gleiche Geschwindigkeit wie die früheren Messungen mit Neutrino-Pulks. Allerdings blieben bei diesen Messungen alle anderen Bedingungen des Versuchs unverändert. Wenn es also doch einen bislang unerkannten Fehler bei dem Experiment und seiner Auswertung gibt, dann wäre er bei beiden Versionen aufgetreten. Und würde auch bei allen weiteren Tests die Ergebnisse beeinflussen.

Deshalb ist eine komplett unabhängige Wiederholung des Experiments nötig: mit anderen Geräten und einem vollständig anderen Auswertungsverfahren, um das ungeheure Ergebnis entweder zu bestätigen oder zu widerlegen. Sowohl in den USA als auch in Japan sind bereits Forscherteams am Werk, um Neutrinoquellen und -detektoren für die Messungen bereit zu machen. Bereits in ein paar Monaten könnte es erste Ergebnisse geben, sagen die Wissenschaftler. Dann wird sich zeigen, ob Neutrinos tatsächlich Einsteins Geschwindigkeitsgrenze durchbrechen und unser physikalisches Weltbild auf den Kopf stellen.