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Neutrinos schneller als Licht? Einstein muss zittern

Eine Konstante für die Ewigkeit: die Lichtgeschwindigkeit. Einsteins Relativitätstheorie baut darauf, unser ganzes Weltbild sogar. Physiker haben jetzt neu gemessen und festgestellt: Es geht auch schneller - mit Neutrinos. Eine unerklärliche Anomalie?

© dapd Vergrößern Licht setzt Maßstäbe: Nichts im Universum sollte schneller sein als Licht, stellte Albert Einstein fest. Sollte es daran Zweifel geben?

Die Nachricht kam in der Nacht von Donnerstag auf Freitag in die Welt und schlug ein wie eine Bombe. Eine europäische Forschergruppe habe im italienischen Untergrundlabor Gran Sasso in der Nähe von Rom gemessen, dass Neutrinos eine Strecke von 730 Kilometern schneller zurücklegt hätten als Licht.

Die ungeladenen Elementarteilchen, die am europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf gestartet waren, seien zwar nur sechzig Milliardstel Sekunden (Nanosekunden) eher ans Ziel gekommen, für die Physiker bedeutet diese geringe Diskrepanz - sollte sich der Effekt als richtig herausstellen - aber den Umsturz einer Weltanschauung. Denn die Neutrinos hätten damit den absoluten Geschwindigkeitsrekord gebrochen und ein Dogma verletzt, das noch immer als unerschütterlich gilt: die Relativitätstheorie von Albert Einstein. Danach kann sich nichts schneller ausbreiten als Licht, das im Vakuum ein Tempo von 300 000 Kilometer pro Sekunde besitzt.

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Als Maximaltempo der Speziellen Relativitätstheorie setzt die Lichtgeschwindigkeit gewissermaßen die Grenze zwischen Vergangenheit und Zukunft, würde das Grundprinzip, dass die Ursache stets der Wirkung vorausgeht, durcheinandergewirbelt, wenn man sich schneller fortbewegen würde als Licht. Doch kein noch so ausgeklügeltes Experiment hat bislang nachweisen können, dass das Grundprinzip der Relativitätstheorie verletzt ist.

Infografik / Opera-Projekt / Neutrinos © dpa Vergrößern

Wissenschaftler noch zurückhaltend

Die Forschergruppe des Experiments Opera, die ihre Ergebnisse auf arxiv.org, einer der wichtigsten Online-Plattformen für wissenschaftliche Vorabdrucke, veröffentlicht hat, ist daher selbst äußerst zurückhaltend, was die Interpretation ihres Befunds betrifft. Schließlich ist man sich in der aus hundert Physikern bestehenden Gruppe untereinander selbst noch nicht einig, welche Schlüsse zu ziehen sind. Dennoch läuft die Spekulationsmaschine bereits auf Hochtouren, und in den einschlägigen Blogs wird bereits munter spekuliert.

Vor allem aber dominiert die Ratlosigkeit. "Die gesamte moderne Physik beruht auf der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie", sagt Christian Weinheimer von der Universität Münster, der den Ergebnisse eher skeptisch gegenübersteht. "Würden sich Neutrinos tatsächlich schneller ausbreiten als Licht, wäre das natürlich eine Sensation." Aber die experimentellen Details sind so komplex, dass sie auch Experten für Neutrinoforschung wie Weinheimer nur schwer verstehen können.

Was sind Neutrinos?

Neutrinos, von denen es drei Sorten gibt, sind die rätselhaftesten Elementarteilchen, die die Teilchenphysiker kennen. Sie sind ungeladen, reagieren kaum mit Materie und besitzen eine geringe Masse, wie man erst seit kurzem weiß. Deshalb können sie sich ineinander umwandeln. Routinemäßig werden Myon-Neutrinos, die sich nur schwer nachweisen lassen, am Forschungszentrum Cern erzeugt, indem man energiereiche Protonen auf eine Graphitfolie schießt.

Für ihren Flug zu den beiden 730 Kilometer entfernten Opera-Detektoren, die zum Schutz vor Höhenstrahlung im Gran-Sasso-Massiv sitzen, benötigt man keine Strahlrohre. Von den rund 10hoch18 Myon-Neutrinos pro Jahr erreicht nur ein Bruchteil die mehrere hundert Tonnen schweren Detektoren, worin sie ihre Spuren hinterlassen. Während sich die Forscher von Opera normalerweise dafür interessieren, ob sich ein Myon-Neutrino in ein Tau-Neutrino umwandelt, haben sie sich diesmal darauf konzentriert, wie schnell die Teilchen unterwegs sind. Aufgrund ihrer Masse sollten sich die Neutrinos allenfalls langsamer als Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, auf keinen Fall schneller. Um das zu testen, haben die Wissenschaftler in vielen Versuchen die Flugzeit der Neutrinos gemessen.

Dem Licht um Jahre voraus?

Den Effekt, den man jetzt aufgetan hat, ist beachtlich. Die Neutrinos würden sich um 0,0025 Prozent schneller ausbreiten als Licht, schreiben die Forscher in ihrer Vorabveröffentlichung. Bei einer Supernova, die mehr als hunderttausend Lichtjahre entfernt ist, wäre der Effekt drastisch. Die Neutrinos, die der explodierende Stern freisetzt, wären die Geisterteilchen einige Jahre früher auf der Erde als der Lichtblitz der Supernova. Tatsächlich hatte man bei der Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke, die  man am 24. Februar 1987 beobachtete, festgestellt, dass die bei der Sternexplosion freigsetzten Neutrinos und Photonen gleichzeitig auf der Erde ankamen - innerhalb von Stunden, was einer Genauigkeit von 10hoch-9 entspricht.

Minos wird es zeigen

"Die Jungs haben ihr Bestes getan, aber bevor sie Einstein vom Sockel werfen, sollte noch ein unabhängiges Experiment die Ergebnisse von Opera überprüfen", sagte John Ellis, Cheftheoretiker des Cern der "New York Times". Die Forscher von Opera setzen auf das Neutrino-Experiment Minos, das in der ehemaligen Soudan-Mine in Minnesota untergebracht ist und von Neutrinos aus dem 735 Kilometer entfernten Fermilab bei Chicago beschossen wird. Nachdem die Forscher bislang weniger Glück hatten mit der bislang vergeblichen Suche nach dem Higgs-Teilchen, könnte die Teilchenphysik nun unerwartet wieder frischen Wind bekommen.

Quelle: F.A.Z.

 
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