Das IceCube Observatorium in der Antarktis

Standardmodell erneut bestätigt

Laut dem Standardmodell der Teilchenphysik gibt es drei verschiedene Sorten von Neutrinos, die man allesamt bereits nachweisen konnte. Doch einige Physiker vermuten einen weiteren, vierten Typ dieses nahezu massenlosen Elementarteilchens. Nach diesem sogenannten sterilen Neutrino suchten Wissenschaftler unter anderem mit dem Observatorium IceCube in der Antarktis. Die Auswertung der dort gesammelten Daten hat nun ergeben, dass das gesuchte Neutrino vermutlich nicht existiert, wie die Forscher im Fachmagazin „Physical Review Letters“ berichten.

„In den vergangenen zwanzig Jahren haben mehrere Neutrino-Experimente Hinweise auf ein steriles Neutrino gefunden. Die Beweislage war allerdings nie ganz überzeugend“, sagt Francis Halzen, der Projektleiter von IceCube und Professor an der University Wisconsin-Madison. Das Team von IceCube hat nun nachgemessen. „Wir haben Beobachtungsdaten aus einem Jahr ausgewertet“, so Halzen. Zwei unabhängige Analysen lieferten dabei kein Indiz für ein steriles Neutrino. Man könne dessen Existenz mit 99-prozentiger Sicherheit ausschließen, erklärte die Forschergruppe.

In der Atmosphäre der Nordhalbkugel entstegen Neutrinos, von denen zwei durch die Erde fliegen. Im
Neutrinos fliegen durch die Erde zu IceCube

Die in IceCube nachgewiesenen Neutrinos stammen aus der Atmosphäre der Nordhalbkugel: Wenn kosmische Strahlung in die Lufthülle der Erde eindringt und dort auf Partikel trifft, entstehen in den ausgelösten Teilchenreaktionen auch Neutrinos. Da Neutrinos nur sehr schwach mit Materie in Wechselwirkung treten, können sie die Erde problemlos durchqueren und schließlich in der Antarktis detektiert werden.

IceCube verwendet 5160 Lichtsensoren als Detektoren, mit denen indirekt Neutrinos nachgewiesen werden. Wechselwirken Neutrinos mit Materie, dann entstehen dabei geladene Teilchen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Durch die Bewegung dieser Teilchen entsteht bläulich schimmerndes Tscherenkowlicht, das in den Detektoren registriert werden kann. Aufgrund der Energie und Ausbreitungsrichtung dieses Lichts lässt sich feststellen, ob es sich um ein Elektron-, Tau- oder Myon-Neutrino – also einen bekannten Typ – oder vielleicht um das gesuchte vierte Neutrino handelt.

Die Entdeckung eines neuen Neutrinos hätte das Standardmodell der Teilchenphysik infrage gestellt, da dieses nur die Existenz von drei verschiedenen Arten vorhersagt. Nachdem es 1998 im Los Alamos National Laboratory in den USA erstmals Hinweise auf ein steriles Neutrino gab, deuteten auch Daten anderer Experimente darauf hin. In den letzten Jahren gab es allerdings nicht nur von IceCube, sondern auch vom Daya-Bay-Experiment in China bereits Anzeichen dafür, dass sterile Neutrinos wohl doch nicht existieren.