Mittwoch, 1. September 2010

Beeinflussen Sonneneruptionen radioaktive Zerfallsraten auf der Erde?

Sonneneruption der Klasse C3 | Copyright: NASA

Stanford/ USA - Wissenschaftler in den USA haben eine erstaunliche und ebenso verwirrende Entdeckung gemacht. Der Zerfall von einigen radioaktiven Elementen in Labors rund um den Globus scheint durch Aktivitäten im Innern der Sonne verändert zu werden. Diese Einsicht könnte gravierenden Auswirkungen auf zahlreiche wissenschaftliche Modelle, Theorien, Methoden und Anwendungen haben, wenn festgestellt wird, dass die Zerfallsrate radioaktiver Elemente keine Konstante ist.

Wissenschaftler der Universitäten von Stanford und Purdue glauben Hinweise auf genau diesen Vorgang gefunden zu haben. Ihr bisheriger Erklärungsansatz für das bizarre Phänomen öffnet jedoch zugleich Tür und Tor für ein weiteres, nicht minder ungewöhnliches Rätsel: Die Forscher um Professor (Emeritus) Peter Sturrock, Professor Ephraim Fischbach und Jere Jenkins können nicht ausschließen, dass die Beeinflussung des radioaktiven Zerfalls nicht auch durch bislang unbekannte Partikel ausgelöst werden, die von der Sonne abgestrahlt werden.

Die bislang gängige Lehrmeinung von der Zerfallsrate radioaktiver Elemente als natürliche Konstante bildet die Grundlage für zahlreiche grundlegende wissenschaftliche Theorien und Anwendungen. So verwenden beispielsweise Anthropologen und Archäologen den radioaktiven Zerfall des Kohlenstoff-Isotops C14 (Radiokohlenstoffdatierung) zur archäologischen Altersbestimmung und Mediziner bestimmen auf ähnlicher Grundlage die Dosierung von Radioaktivität zur Behandlung von Krebspatienten.

Die Vorstellung der radioaktiven Zerfallsrate als natürlicher Konstante wurde jedoch bei Untersuchungen und Experimenten an der "Purdue University" in Frage gestellt, als der Physiker Professor Ephraim Fischbach die Zerfallsrate verschiedener Isotope untersuchte, um diese möglicherweise als Quelle zur Erzeugung zufällige Zahlenreihen für mathematische Anwendungen zu nutzen. Die Messungen zeigten ungewöhnliche Differenzen zwischen den gemessenen Werten und den basierend auf der Annahme der Zerfallsrate als Konstante zu erwartenden Ergebnissen.

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Ein Abgleich mit Daten des "Brookhaven National Laboratory" auf Long Island und der deutschen "Physikalisch-Technische Bundesanstalt" (PTB) offenbarte dann eine weitere Überraschung: Langzeitbeobachtungen der Zerfallsrate von Silicium-32 und Radium-226 wiesen sogar auf jahreszeitliche Schwankungen hin - nahm die Zerfallsrate doch im Vergleich zu den Sommerwerten im Winter leicht zu.

"Zunächst vermuteten wir alle, dass es sich um Schwankungen handeln müsste, wie sie durch Fehler in den Messungen, an den Instrumenten oder durch Umwelteinflüsse auf die Instrumente, wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit, hervorgerufen wurden, handeln müsse. Schließlich wurden wir alle darauf geschult, dass es sich bei radioaktiven Zerfallsraten um Konstanten handelt", erinnert sich Sturrock.

Am 13. Dezember 2006 lieferte dann die Sonne selbst einen Schlüsselhinweis auf die mögliche Ursache, als eine Sonneneruption einen starken Strom geladener Partikel in Richtung Erde schoss. Während er die Zerfallsrate von Mangan-54, einem kurzlebigem Isotop, wie es in der medizinischen Diagnose Anwendung findet, untersuchte, stelle Jere Jenkins, Nuklearingenieur an der "Purdue University" einen leichten Abfall der Werte fest, wie er sich etwa eineinhalb Tage vor dem Sonnenausbruch einstellte.

Sollte sich also ein derartiger Zusammenhang zwischen Sonneneruptionen und den Zerfallsraten radioaktiver Elemente auf der Erde erhärten, könnte dies zu einer zuverlässigen Vorhersagemethode für derartige Sonnenaktivitäten führen, wie sie dazu beitragen könnte, beispielsweise Satelliten und elektrische Netzwerke, aber auch Astronauten Im All vor den negativen Auswirkungen der solaren Partikelwinde zu schützen.

Noch erstaunlicher an den Messungen von Jenkins war der Umstand, dass der Abfall der Werte mitten in der Nacht beobachtet wurde. Partikel, sollten sie tatsächlich von der Sonne stammen, müssten also ungehindert durch die Erde selbst gewandert sein, um die Instrumente auf deren Nachtseite beeinflusst haben zu können.

Da sonstige Umwelteinflüsse anhand von Untersuchungen und Studien, wie sie Jenkins und Fischbach auch in wissenschaftlichen Fachzeitschriften ("Astroparticle Physics", "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research and Space Science Reviews") veröffentlicht hatten, ausgeschlossen werden konnten, vermuteten sie, dass die Veränderungen der Zerfallsraten durch solare Neutrinos ausgelöst werden. Bei diesen Neutrinos handelt es sich um Elementarteilchen von geringster Masse, wie sie unter anderem auch durch Kernfusionsprozesse, im Innern der Sonne entstehen, sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen und dabei mit normaler Materie kaum interagieren.

Bestärkt wurde diese Hypothese durch di Beobachtung, dass die Schwankungen der Zerfallsraten mit der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne einherzugehen schienen, wenn die Werte immer dann zu schwanken begannen, wenn sich die Erde der Sonne näherte - genau dort also, wo unser Planet einer erhöhten Neutrinostrahlung ausgesetzt wäre.

Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung, wusste der Sonnenphysiker Peter Sturrock von Variationen der Neutrinoemissionen aufgrund der Tatsache, dass auch unser Zentralgestirn rotiert und uns so immer wieder unterschiedliche Seiten zuwendet. Aus diesem Grund schlug Sturrock den Purdue-Wissenschaftlern vor, die auf der Erde gemessenen Variationen auf Übereinstimmungen mit der Rotation der Sonne abzugleichen.

Anhand einer erneuten Überprüfung der Daten des "Brookhaven Laboratory" stellten die Forscher dann ein Muster in den Schwankungen fest, welches einem 33-tägigen Zyklus entsprach, nicht aber der 28-tägigen Rotationsrate der Sonnenoberfläche. Eine mögliche Erklärung hierfür fanden die Forscher dann im Kern der Sonne, genau dort also, wo die solaren Neutrinos auch gebildet werden und der sich langsamer dreht als die für uns sichtbare Oberfläche des Sterns.

"Alle bisherigen Indizien und Beweise deuten in diese Richtung", stellt Fischbach fest. "Die Sonne 'kommuniziert' mit radioaktiven Isotopen auf der Erde."

Was bleibt, ist derzeit die Frage, wie Neutrinos derart mit radioaktiven Materialien interagieren können, dass sie deren Zerfallsrate beeinflussen. "Basierend auf unseren bisherigen Vorstellungen der offenbar beteiligten Materialien, Partikel und Faktoren, macht das alles nicht wirklich Sinn", kommentiert Fischbach. "Nach unserer Theorie sollte schließlich etwas, dass eigentlich mit nichts interagiert (Neutrinos) etwas verändern, das eigentlich unveränderlich ist (radioaktive Zerfallsrate)", fügt Jenkins hinzu.

"Es handelt sich also um einen Effekt, den bislang niemand so richtig versteht", gesteht auch Sturrock ein. "Doch genau auf diese Situation scheinen alle bisherigen Beweise hinzudeuten. Das ist eine Herausforderung an alle Physiker und Sonnenforscher (...) Wenn es sich bei den mysteriösen, die Zerfallsraten beeinflussenden Partikeln jedoch nicht um Neutrinos handelt, so hatten wir hier bislang noch gänzlich unbekannte Partikel, die von der Sonne abgestrahlt werden und einen Einfluss auf Materialien auf der Erde haben. Eine solche Situation wäre sogar noch erstaunlicher."

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Quellen: stanford.edu / grenzwissenschaft.aktuell.de

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