Was sind eigentlich Neutrinos?

Physik-Nobelpreis für Neutrino-Forscher: Die winzigen Teilchen sind überall. Sie entstehen in nuklearen Reaktionen, etwa in der Sonne, bei der Explosion von Sternen oder auch in Atomkraftwerken. Doch sie sind schwer zu finden – sehr schwer. Und sie überraschen Forscher immer wieder.

Ein Forscher in einem ehemaligen Bergwerk in Minnesota, das heute der Neutrino-Suche dient, schaut durch ein Rohr.

Bildlegende: Teilchensuche in der Tiefe: In aller Welt versuchen Forscher, Neutrinos nachzuweisen – wie dieser Experte in einem ehemaligen Bergwerk in Minnesota. Keystone

Der Name «Neutrinos» rührt daher, dass diese Elementarteilchen elektrisch neutral sind. Man nennt sie aber auch gerne Geisterteilchen. Denn sie können – sozusagen – durch Wände gehen. In jeder Sekunde strömen Milliarden dieser geisterhaften Teilchen durch unsere Körper hindurch. Und wir merken davon nichts, weil die Teilchen nur extrem selten mit anderer Materie interagieren.

Entsprechend schwer sind die Teilchen zu studieren. Man kann sie nicht einfach im Labor untersuchen. Die beiden preisgekrönten Forscher und ihre Teams aber haben es geschafft, sie dingfest zu machen. Die Physiker haben dazu riesenhafte Kammern gebaut – in Japan und in Kanada. Sie sind mit Wasser gefüllt, tief unter der Erde, abgeschirmt von allen störenden Einflüssen. Geister-Fallen, sozusagen.

Teilchenkollisionen als Glücksfälle

Und dann, ja dann haben die Forscher gewartet, bis einmal ein Neutrino per Zufall direkt in einen Atomkern im Wasser der Kammer hineinrast. Solche Zusammenstösse sind selten, doch sie sind sehr wertvoll für die Forscher, denn dabei enstehen andere Teilchen. Und zwar solche, die die Forscher mit ihren Messgeräten nachweisen können.

Die Experten sehen also quasi die Trümmer des Zusammenstosses und können so Rückschliesse ziehen – auf den Geist, der den Zusammenstoss verursacht hat. Eben: das Neutrino. Beziehungsweise man sollte eher sagen die Neutrinos, denn es gibt 3 verschiedene Sorten dieser Geisterteilchen.

Neutrino ist nicht gleich Neutrino

Lange Zeit ging man davon aus, dass diese Neutrinos immer gleich bleiben, dass sie die Sorte nicht wechseln können. Doch Takaaki Kajita, Arthur McDonald und ihre Teams konnten zeigen, dass das eben nicht so ist, sondern dass die Neutrinos ihre Sorte ändern. Neutrinos sind also nicht nur geisterhaft, sondern auch eine Art Chamäleons des Weltalls.

Und das hat Konsequenzen, denn die Gesetze der Physik lassen eine solchen Sortenwechsel nur zu, wenn die Neutrinos Masse haben. So haben die Forscher bewiesen, dass Neutrinos eben doch nicht ganz neutral sind. Sie haben eine Masse, wenn sie auch sehr, sehr winzig ist. Und weil es so viele von ihnen gibt, macht diese Masse eben etwas aus. Man könnte sagen: Das Universum hat dadurch an Gewicht zugelegt.

Aktuell:

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Der Physik-Nobelpreis geht dieses Jahr an den Japaner Takaaki Kajita und den Kanadier Arthur B. McDonald. Die beiden Wissenschaftler konnten nachweisen, dass Neutrinos eine Masse besitzen. Mehr zum Thema lesen Sie hier.

Das Thema im Radio

Mehr zu den diesjährigen Nobelpreisen hören Sie am Samstag, 10. Oktober, ab 12:40 Uhr im «Wissen- schaftsmagazin» auf Radio SRF 2 Kultur.