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Gigantische Versuchsanordnung im arktischen Eis findet Geisterteilchen

Neutrino-Jagd im ewigen Eis: Das Bild zeigt einen von 5.160 hochempfindlichen Lichtsensoren, die am Südpol installiert wurden.  (c) Foto: IceCube Collaboration/NSF
Neutrino-Jagd im ewigen Eis: Das Bild zeigt einen von 5.160 hochempfindlichen Lichtsensoren, die am Südpol installiert wurden.
(c) Foto: IceCube Collaboration/NSF

Darauf hat die IceCube-Kollaboration seit Jahren hingearbeitet. Nun deutet alles darauf hin, dass den Forschern im antarktischen Eis Neutrinos von außerhalb unseres Sonnensystems ins Netz gegangen sind. 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 einzigartige Informationen über den Aufbau von Supernovas, Gamma-Ray-Blitze oder Schwarzen Löchern liefern.

Das Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol ist weltweit einmalig. In einem Kubikkilometer Eis sind insgesamt 5.160 hochempfindliche Lichtsensoren installiert. 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.

„Wir sehen hochenergetische Neutrinos, von denen wir jetzt mit ziemlicher Sicherheit sagen können, dass sie astrophysikalischen Ursprungs sind“, sagt Prof. Dr. Marek Kowalski vom Physikalischen Institut der Universität Bonn. 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.

Die meisten Neutrinos auf der Erde entstehen bei niedrigen Energien durch Kernfusion in der Sonne, sie können sich aber auch in der Erdatmosphäre bilden. Die Forscher des IceCube Projektes interessieren sich aber besonders für hochenergetische Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen – zum Beispiel von Supernovas, Gamma-Ray-Blitzen oder galaktischen Schwarzen Löchern. Denn Neutrinos sind die einzigen Teilchen, die aus dem Inneren dieser Quellen entkommen können und damit einzigartige Informationen über ihren Aufbau liefern.

Morgendämmerung für ein neues Zeitalter der Astronomie

Gelungen ist der Nachweis der Neutrinos einem internationalen Team von rund 250 Wissenschaftlern und Ingenieuren der IceCube-Kollaboration unter Beteiligung der Astroteilchen-Gruppe von Prof. Kowalski. Mit der gigantischen Versuchsanordnung im antarktischen Eis wurden in den vergangenen zwei Jahren insgesamt 28 Neutrinos mit Energien größer als 30 Tera-Elektronenvolt (TeV), darunter zwei Ereignisse mit über 1000 TeV registriert. Dieser Fund war für die Forscher so bedeutsam, dass die Teilchen sogar eigene Namen bekamen: Ernie & Bert – den beiden beliebten Figuren aus der Fernsehserie „Sesamstraße“.

Mit der verbesserten Analyse der Daten, die nun auch die Richtung der Neutrinos liefert, konnten nicht nur diese beiden, sondern ein Großteil dieser Teilchen als potentielle kosmische Fernreisende identifiziert werden. „Das ist der erste Hinweis auf hochenergetische Neutrinos, die von außerhalb unseres Sonnensystems kommen“, sagt Prof. Dr. Francis Halzen, Projektleiter des IceCube-Experiments von der Universität Wisconsin-Madison (USA). „Dies ist die Morgendämmerung für ein neues Zeitalter der Astronomie.“

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.

Publikation: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector, Science, DOI: 10.1126/science.1242856

Buchtipp:
Der Widerhall des Urknalls: Spuren einer allumfassenden transzendenten Realität jenseits von Raum und Zeit

Ein Jahr lang Strom und Heizung aus drei Flaschen Mineralwasser?

Wissen Sie, ob man mit Wasser heizen kann? Hier jetzt der unglaubliche Bericht!

Das Öl wird immer teurer, doch warum heizen wir nicht mit Mineralwasser? Unsere Klimaprobleme werden immer dramatischer, doch warum gewinnen wir nicht den Strom aus Mineralwasser? Hiroshima, Tschernobyl und die Verpestung der Umwelt verursachen uns Alpträume, doch warum erzeugen wir nicht ungefährliche, saubere Energie aus Mineralwasser?
Was wie ein Scherz oder ein Märchen klingt, könnte in zehn Jahren Realität werden. 2008 beginnen in Cardarache, Südfrankreich die Arbeiten für ein Kernfusionskraftwerk das zur Energieerzeugung weder Uran noch Plutonium benötigt, sondern ganz einfach Wasser. Zehn Jahre später soll es dann soweit sein. Das internationale Zehn-Milliardenprojekt soll zehnmal soviel Energie liefern wie investiert wird und das völlig ungefährlich und frei von Umweltbelastung.
Wie ist das möglich? Die Forscher und Ingenieure, die an dem Projekt arbeiten, haben sich entschlossen den ersten Schritt des Schöpfungsakts bei der Entstehung der Welt im Kleinen nachzuvollziehen. Sie fusionieren Wasserstoffatome zu ungefährlichem Helium in einer Wundermaschine mit Namen: Internationaler Thermonuklearer Experimentalreaktor, kurz ITER. Dazu wird Wasser auf 150-Millionen-Grad erhitzt, zehnmal soviel Grad wie im Inneren der Sonne herrscht. Bei diesen Temperaturen kommen sich die Wasserstoff-Atomkerne so nahe, dass sie zu dem Edelgas Helium verschmelzen. Im Labor wurde das bereits erfolgreich ausprobiert. Das lässt uns für die Zukunft auf unbegrenzte, saubere Energie hoffen. Schon drei Flaschen Wasser sollen ausreichen, um eine vierköpfige Familie ein ganzes Jahr lang mit Energie zu versorgen. Da kann man nur sagen: Ade Kohle! Tschüss Atomkraft! Leb wohl Öl!

Video: ITER Bilder aus Forschung und Entwicklung
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Weitere Links:
Max-Planck-Institut Projekt ITER
100 Produkte der Zukunft

Kalte Fusion – Lösung der Energieprobleme?

Wissen Sie ob kalte Fusion unsere Energieprobleme lösen kann? Hier jetzt jetzt das Hintergrundwissen!

Kalte Fusion bezeichnet ein Verfahren, in dem durch Verschmelzen von Atomkernen (Kernfusion) Energie gewonnen wird, ohne die extrem hohen Temperaturen der plasmabasierten Fusionsreaktoren. Ein heute bereits existierendes Gerät der kalten Fusion ist der Farnsworth-Hirsch-Fusor. Dieser war bei seiner Einführung (um das Jahr 1960 herum) das erste Gerät seiner Art. Die Hoffnung, dass man mit diesem Gerät mehr Energie gewinnen könnte, als man reinstecken muss, stellte sich später als falsch heraus. Deshalb wird der Farnsworth-Hirsch-Fusor im Laborbereich nicht als Energiererzeuger, sondern als Neutronenquelle benutzt. Versierten Laien ist es sogar möglich, kleinere Versionen dieses Gerätes selbst zu konstruieren.

Ein Generator, der mit Hilfe kalter Fusion Energie erzeugt, spielt in dem Science-Fiction- und Zeitreiseroman “Professor Allman – Auf der Suche nach der Weltformel” eine Rolle.

Video zum Thema:
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