Freitag, 22. November 2013

Nachweis kosmischer "Geisterteilchen" bestätigt: Neutrinos von außerhalb des Sonnensystems eingefangen


Grafische Darstellung der bislang zweit-energetischsten Neutrinomessung mit "IceCube". Das kosmische Teilchen trägt den Spitznamen "Bert" und hatte eine geschätzte Energie von 1.04 PeV und liegt damit deutlich über den Werten zu erwartender irdischer Neutrinos mit einer Maximalenergie von 30 TeV. | Copyright: IceCube Collaboration

Bonn (Deutschland) - Schon im Mai hatte "grenzwissenschaft-aktuell.de" über den Nachweis von 28 Neutrinos mit Energien oberhalb von 30 Tera-Elektronenvolt (TeV) berichtet, darunter zwei Ereignisse ("Ernie und Bert") mit Energien knapp über 1 Peta-Elektronenvolt (1PeV=1000 TeV). Jetzt hat das internationale Forscherteam des IceCube-Kollaboration in der Antarktis die Entdeckung offiziell in einem Fachartikel beschrieben. Die Forscher zeigen sich euphorisch und sprechen vom "Anbruch des Zeitalters der Neutrino-Astronmie".

Unter den gefundenen Ereignissen befinden sich Neutrinos mit Energien, die tausendmal höher sind, als man sie auf der Erde selbst erzeugen kann. Diese kosmischen Neutrinos können, so hoffen die Neutrino-Astronomen, einzigartige Informationen über den Aufbau von Supernovae, Gamma-Ray-Blitze oder Schwarzen Löchern liefern.


Wie die Forscher aktuell im Fachjournal "Science" (DOI: 10.1126/science.1242856) berichten, könne "jetzt mit ziemlicher Sicherheit gesagt werden, dass sie astrophysikalischen Ursprungs sind", so Prof. Dr. Marek Kowalski vom Physikalischen Institut der Universität Bonn.


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"Neutrinos sind ganz besondere Teilchen: Sie können anders als elektromagnetische Strahlung sämtliche Materie durchdringen. Mit ihrer Hilfe lässt sich wie mit einem Röntgenapparat in die verstecktesten Winkel des Universums blicken. Allerdings wechselwirken diese Teilchen kaum und könnten selbst von einer Bleiabschirmung mit 1000 Kilometer Dicke nicht aufgehalten werden. Ihr Nachweis ist deshalb besonders schwierig. Mit der gigantischen Messeinrichtung 'IceCube' in der Antarktis sind nun dennoch zum ersten Mal Hinweise für hochenergetische Neutrinos aus dem Weltall gefunden worden."



IceCube besteht aus mehr als 5000 dieser optischen Module, die im ewige Eis des Südpols eingefroren wurden. | Copyright: desy.de

Während die meisten irdischen Neutrinos bei niedrigen Energien durch Kernfusion in der Sonne entstehen, können sie sich aber auch in der Erdatmosphäre bilden. Für die Untersuchungen mit "IceCube" sind aber besonders hochenergetische Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen - zum Beispiel von Supernovas, Gamma-Ray-Blitzen oder galaktischen Schwarzen Löchern - von Interesse, da Neutrinos die einzigen Teilchen sind, die aus dem Inneren dieser Quellen entkommen können und damit einzigartige Informationen über ihren Aufbau liefern.


Illustration der empfindlichen optischen Sensoren (Photomultiplier) von "IceCube", von denen mehr als 5000 bis zu 2,5 Kilometer tief im ewigen Eis der Antarktis eingeschmolzen sind.
| Copyright: NSF/J. Yang


Das Neutrino-Teleskop "IceCube" am Südpol ist weltweit einmalig. In einem Kubikkilometer Eis sind insgesamt 5.160 hochempfindliche Lichtsensoren tief im Sudpolareis installiert (...wir berichteten 1, 2). Wenn doch mal ein Neutrino im Eis wechselwirkt, entstehen geladene Teilchen die mit nahezu Lichtgeschwindigkeiten weiterfliegen. Diese erzeugen ein schwaches bläuliches Licht, das von den Detektoren aufgefangen wird. Nach sieben Jahren Bauzeit wurde das Teleskop Ende 2010 in Betrieb genommen. In das Projekt "IceCube" wurden weltweit ca. 200 Millionen Euro investiert.

Ein Rätsel bleiben jedoch noch die Quellen, aus denen die Neutrinos im Weltraum stammen. Eine Möglichkeit sind Supernovas, bei denen die hochenergetischen Teilchen freigesetzt werden. Das Bild, das sich aus dem IceCube-Experiment abzeichnet, stellt sich für die Wissenschaftler noch verschwommen dar. "Wir können die kosmischen Quellen der Teilchen noch nicht nachweisen, weil wir bislang nicht exakt genug bestimmen konnten, aus welcher Richtung die Neutrinos aus dem Weltall in das Eis eindringen", erklärt Prof. Kowalski. Die Forscher hoffen darauf, demnächst noch mehr Teilchen nachzuweisen, damit sich die Quellen allmählich schärfer abzeichnen.


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Quelle: uni-bonn.de
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