Mittels "IceCube"

Forscher weisen erstmals kosmische Neutrinos nach

22.11.2013 08:47

Mit dem "IceCube", einem riesigen Detektor im ewigen Eis der Antarktis, haben Forscher nun erstmals energiereiche Neutrinos aus den Tiefen des Kosmos beobachtet. Diese fast masselose Elementarteilchen sind einzigartige Boten der energiereichsten Ereignisse im Weltall, wie zum Beispiel Sternenexplosionen, Pulsaren oder Schwarzen Löchern.

"Dies ist der erste Hinweis auf sehr hochenergetische Neutrinos, die von jenseits unseres Sonnensystems kommen", sagte Projektleiter Francis Halzen von der Universität von Wisconsin-Madison in den USA. Die insgesamt 28 Neutrinos mit Energien oberhalb von 30 Tera-Elektronenvolt (TeV) wurden vom "IceCube"-Detektor (kleins Bild 1) am Südpol eingefangen, dem größten Teilchendetektor der Welt.

"Geburtsstunde der Neutrinoastronomie"
Neutrinos aus dem Kosmos wurden bereits bei der Sternenexplosion Supernova 1987A entdeckt. "Die jetzt mit 'IceCube' nachgewiesenen Neutrinos haben allerdings millionenfach höhere Energien als jene der Supernova 1987A", betonte der Leiter der Neutrinoastronomiegruppe bei DESY, Markus Ackermann.

"Wir erleben vielleicht gerade die Geburtsstunde der Neutrinoastronomie", sagte Ackermann. Eine räumliche oder zeitliche Häufung der 28 Ereignisse, die auf eine bestimmte kosmische Quelle hindeuten würde, konnten die "IceCube"-Forscher nicht feststellen. Dazu ist die Anzahl noch zu klein. Mit steigenden Nachweiszahlen hoffen die Wissenschaftler, einzelne Quellen der energiereichen Neutrinos im Kosmos identifizieren zu können.

Rauschen fast ungestört durch Materie durch
Aus dem Universum prasseln ständig unterschiedlichste Arten von Teilchen auf die Erdatmosphäre. Die meisten davon, wie etwa Protonen, Elektronen oder Heliumkerne, haben eine gewisse Masse und sind elektrisch geladen. Wenn sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen oder in Magnetfeldern des Kosmos, der Sonne oder der Erde abgelenkt werden, ändern sie ihre Richtung und Energie.

Anders dagegen die ladungslosen und extrem leichten Neutrinos: Sie rauschen beinahe ungestört durch alle Materie hindurch. In jeder Sekunde passieren Milliarden von Neutrinos jeden Quadratzentimeter der Erde. Die überwiegende Mehrheit dieser Elementarteilchen entstand in Zerfalls- oder Umwandlungsprozessen in der Sonne oder der Erdatmosphäre.

Winzige Lichtblitze verraten die Neutrinos
"IceCube" ist ein ins ewige Eis des Südpols eingeschmolzenes Neutrino-Observatorium, dessen Installation 2010 nach sieben Jahren Bauzeit abgeschlossen wurde. Mit einer Größe von einem Kubikkilometer stellt es den weltweit größten Neutrino-Detektor dar. In einer Tiefe von 1.450 bis 2.450 Metern sind 86 vertikale Drahtseile mit insgesamt 5.160 optischen Sensoren (kleines Bild 2) versenkt. "IceCube" beobachtet die Neutrinos mittels winziger blauer Lichtblitze, dem sogenannten Cherenkov-Licht. Dieses entsteht, wenn Neutrinos mit dem Eis interagieren und dabei Teilchenschauer geladener Teilchen erzeugen.

Betrieben wird das Observatorium von einem internationalen Konsortium unter Leitung der University of Wisconsin, an dem rund 260 Wissenschaftler und Ingenieure aus den USA, Deutschland, Schweden, Schweiz, Japan sowie sechs weiteren Ländern beteiligt sind.

Das Bild zeigt die Detektorspur des energiereichsten Neutrinos, das jemals gemessen wurde. Das von den Physikern "Ernie" getauft Teilchen, wurde von "IceCube" am 3. Jänner 2012 aufgezeichnet und hatte eine Energie von rund 1,14 Billiarden Elektronenvolt.