Neutrinos aus der Erde gefunden

In Italien gelang es einem internationalen Forscherteam mit Hilfe eines speziellen Detektors die vorausgesagten Neutrinos aus dem Erdinneren nachzuweisen.

Blick in den BOREXINO-Detektor
Blick in den BOREXINO-Detektor

Gran Sasso (Italien) - Was heizt das Erdinnere auf und woraus bestehen Kern und Mantel unseres Planeten genau? Das sind die zentralen Fragen, auf die Wissenschaftler mit der Untersuchung von so genannten Geoneutrinos eine Antwort finden wollen. Im BOREXINO-Detektor im italienischen Gebirgsmassiv Gran Sasso wurden nun mehrere solcher Teilchen aufgespürt.

Neutrinos entstehen beim radioaktiven Zerfall instabiler Kerne. Bei diesen Reaktionen wird auch Wärme frei, daher die Vermutung, dass natürliche Radioaktivität im Wesentlichen für die Wärmeproduktion innerhalb der Erde verantwortlich ist.

Aus der Energie eines Neutrinos kann man auf den Kern schließen, der zerfallen ist. Auf diese Weise konnten Forscher um Stefan Schönert vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg zeigen, dass die im Gran Sasso Labor gefundenen Neutrinos aus dem radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium stammen.

Als weitere instabile Elemente aus dem Erdmantel werden unter anderem Kalium und Rubidium angenommen. Um Neutrinos aus diesen Zerfällen zu finden und damit die genaue chemische Zusammensetzung des Erdmantels zu klären, müsste jetzt ein globales Netzwerk von Neutrinodetektoren geschaffen werden, so die Wissenschaftler.

Der in Gran Sasso eingesetzte Detektor BOREXINO wurde ursprünglich zur Untersuchung der niederenergetischen Neutrinos aus der Sonne gebaut. Um diese beinahe masselosen und ladungsfreien Elementarteilchen nachweisen zu können, müssen die Detektoren einerseits ein großes Detektionsvolumen haben und andererseits über eine sehr empfindliche Technik verfügen, die auch einzelne Ereignisse nachweisen kann.

Nötig sind diese Vorraussetzungen, da Neutrinos nahezu alles durchdringen und kaum wechselwirken. Zwar kommen sie in großer Zahl auf der Erdoberfläche an – rund 60 Milliarden pro Sekunde und Quadratzentimeter von der Sonne und 16 Millionen pro Sekunde und Quadratzentimeter aus dem Erdinnern – jedoch liegt die Nachweisrate von BOREXINO für solare Neutrinos bei wenigen am Tag, für Geoneutrinos sogar nur bei etwa zehn im Jahr.

Mit dem BOREXINO Experiment in Italien wurde an ähnliche Untersuchungen aus dem Jahr 2004 in Japan angeschlossen. Allerdings sind die früheren Daten äußerst unzuverlässig, da sich der damalige Detektor in einem Gebiet befand, in dessen Umkreis mehrere Kernkraftwerke liegen, die ebenfalls starke Neutrinoquellen sind. Damit war nicht klar, ob die gemessenen Neutrinos wirklich aus der Erde oder doch aus den Kraftwerken stammten.