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Interview über superschnelle Neutrinos : „Der Zeitpunkt der Veröffentlichung war verfrüht“

  • Aktualisiert am

Caren Hagner am Forschungszentrum Desy bei Hamburg Bild: Desy

Neutrinos - schneller als Licht? Der Befund hat überrascht. Erste kritische Stimmen werden laut. Ein Gespräch mit Caren Hagner von der Universität Hamburg.

          6 Min.

          Frau Hagner, Sie sind die Leiterin der deutschen Forschergruppe, die am Opera-Experiment beteiligt ist. Man sucht jedoch ihren Namen vergeblich auf der Autorenliste der Vorabveröffentlichung.
          Ich habe die Vorabveröffentlichung zusammen mit einem Dutzend Kollegen nicht unterschrieben. Ich habe überhaupt nichts einzuwenden, wie man das Experiment zur Flugzeitbestimmung der Neutrinos ausgeführt hat. Ich halte nur den Zeitpunkt, an dem man mit den Resultaten an die Öffentlichkeit gegangen ist, für einen derart ungewöhnlichen Effekt wie die Überlichtgeschwindigkeit, für zu verfrüht. Man hätte noch mehr Tests vornehmen müssen. Es hätte dann aber mindestens noch zwei Monate länger gedauert mit der Publikation. Ich und andere Kollegen der Opera-Kollaboration wollten gerne, dass diese Tests noch zuvor gemacht werden.

          Von welchen Tests sprechen Sie?
          Erstes, eine zweite unabhängige Analyse. Wenn man in der Teilchenphysik glaubt, ein neues Teilchen oder einen neuen Effekt entdeckt zu haben, dann hat man in der Regel nicht nur eine Gruppe, die die Messungen analysieren, sondern mehrere. Und wenn alle das gleiche Ergebnis erhalten, dann ist man überzeugt, dass es richtig ist, was man gemessen hat. Bei Opera war das bisher eben nicht der Fall.

          Warum?
          Weil man noch keine Zeit dafür hatte. Bei einem Effekt wie der Überlichtgeschwindigkeit sollte man die Analyse auf jeden Fall noch einmal überprüfen. Vielleicht hat sich ein Fehler im Programm eingeschlichen oder bei der Auswertung. Ich war mit meiner Meinung in der Minderheit. Die Mehrheit der Kollaboration war für eine möglichst schnelle Veröffentlichung.

          Es gab bei der Präsentation der Messergebnisse am vergangenen Freitag am europäischen Forschungszentrum Cern, wo die Myon-Neutrinos erzeugt werden, eine Reihe kritischer Fragen von Seiten unabhängiger Wissenschaftler.
          Ein wichtiger Kritikpunkt war die statistische Analyse. Das Problem: Man kennt den Startzeitpunkt der Neutrinos am Cern nur bis auf zehn Millionstel Sekunden genau. Und das ist eine lange Zeit gemessen daran, dass die Neutrinos sechzig Millardstel Sekunden eher am Opera-Detektor angekommen sein sollen als ein Lichtstrahl. Man kann nicht für jedes Neutrino eine Zeitmessung machen, wie es ideal wäre. Sondern man muss statistisch herangehen. So kann man nur die zeitliche Verteilung der Protonen nehmen und mit der zeitliche Verteilung der gemessenen Neutrinos vergleichen. Und das ist schwierig, Man hätte sich die statistische Analyse unter verschiedenen Aspekten noch einmal anschauen müssen, diese Arbeiten laufen gerade an.

          Der Opera-Detektor im Gran-Sasso-Massiv in den Abruzzen bei Rom
          Der Opera-Detektor im Gran-Sasso-Massiv in den Abruzzen bei Rom : Bild: Opera

          Und auf experimenteller Seite, gab es da Ihrer Ansicht nach Versäumnisse?
          Man hat die Ankunftszeit der Neutrinos bislang nur für einen Teil des Opera-Detektors ausgewertet, für den Scintillation-Tracker. Mit einer anderen Komponente des Detektors,
          dem Spektrometer, mit dem wir Myonen messen, wird man auch die Ankunftszeit der Neutrinos messen können. Dann lägen zwei unabhängige Messungen vor, deren Ergebnisse man vergleichen könnte. Eine solche Auswertung würde mindestens zwei Monate dauern.

          Die am vergangenen Donnerstag im Netz erschienene Veröffentlichung hat keine Begutachtung durch unabhängige Wissenschaftler durchlaufen, sondern war nur interne abgestimmt worden.
          Es kann im Prinzip jeder seine Forschungsergebnisse auf Arxiv.org stellen, der wichtigsten Online-Plattformen für wissenschaftliche Vorabdrucke. Nur heißt das noch lange nicht, dass ein Artikel auch bei einer wissenschaftlichen Zeitschrift eingereicht und angenommen wurde Die Forscher von Opera wollen eine neue Veröffentlichung verfassen, die ein Peer-Review-Verfahren durchläuft. Derzeit wird darüber diskutiert, wann das erfolgen soll. Einige Wissenschaftler sind dafür, es so schnell wie möglich zu machen. Ich vertrete die Position, es langsamer anzugehen.

          Was wird in der neuen Fassung stehen?
          In dem Artikel werden verbesserte statistische Analysen enthalten sein. Aber ob die Messungen mit dem anderen Detektorteil hineinkommen, ist noch unklar, weil man dazu mehr Zeit benötigt. Die ausstehenden Tests werden auf jeden Fall nachgeholt, da sind sich alle einig. Nur wann, das ist derzeit die Frage.

          Es könnte dann aber durchaus sein, dass der Effekt plötzlich verschwindet?
          Ja natürlich. Diese Gefahr besteht, wenn man sorgsam alle noch offenen Lücken füllt. Wir Physiker wären natürlich begeistert, wenn der Effekt, dass Neutrinos mit Überlichtgeschwindigkeit fliegen, sich als richtig herausstellen würde.

          Würden weitere Messungen jetzt nicht sinnvoll sein?
          Der Zeitpunkt der Veröffentlichung ist richtig, wir haben in den vergangenen drei Jahren ausreichend Daten gesammelt. Rund 10 000 Neutrino-Ereignisse pro Jahr hat unser Detektor registriert. Bei insgesamt 15 000 davon haben wir uns die Flugzeiten genauer untersucht. Jetzt ist der statistische Fehler genau so groß wie der systematische Fehler. Beides beläuft sich auf zehn Nanosekunden.

          Gibt es nicht auch Unsicherheiten in der Länge der Strecke, die die Neutrinos vom Cern zum Opera-Detektor zurücklegen müssen?
          Wir kennen die Entfernung von 730 Kilometer, dank der Messung Schweizer Geologen bis auf zwanzig Zentimeter genau. Wir müssen uns darauf verlassen, was natürlich schwer fällt, da wir lieber alles gerne selber messen würden.

          Wie hat die Neutrino-Community auf die Opera-Ergebnisse reagiert?
          Das ist schwer zu sagen. Es herrscht derzeit eine Stimmung zwischen Skepsis und gespannte Erwartung. Gleichzeitig machen teilweise schon die wildesten Theorien die Runde.

          Hat man in den Vereinigten Staaten nicht bereits früher einen ähnlichen Effekt beobachtet?
          Es gab Messungen bei denen die Neutrinogeschwindigkeit mit der Lichtgeschwindigkeit übereinstimmte. So hat das 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, einen Effekt von rund zwei Sigma gemessen. Das ist aber zu wenig, um eine Abweichung von der Lichtgeschwindigkeit feststellen zu können. Viel wichtiger sind für mich die Messungen zur Supernova 1987A, die 150 000 Lichtjahre entfernt ist.

          Sie sprechen von der Sternexplosion in der Großen Magellanschen Wolke, die am 24. Februar 1987 beobachtet wurde.
          Wenn man annimmt, dass Opera einen 10hoch-5 Effekt gemessen hat. Dann hätten die Neutrinos der Supernova drei bis vier Jahre vor dem Licht der Sternexplosion ankommen müssen. Die Teilchen kamen aber gleichzeitig auf der Erde an - innerhalb von Stunden, was einer Genauigkeit von 10hoch-9 entspricht.

          Das waren damals aber Elektron-Antineutrinos und keine Myon-Neutrinos. Zudem war die Energie geringer.
          Beides kann als Ausweg benutzt werden.Die Neutrinos der Supernova 1987A besaßen mit zehn Millionen Elektronenvolt tatsächlich eine um den Faktor Tausend geringere Energie als die Opera-Neutrinos. Also, so dass Argument, wären sie auch nicht so schnell unterwegs gewesen. Dass Geschwindigkeitseffekte abhängig von der Energie sind, kann man sich zwar vorstellen. Aber die Abhängigkeit müsste dann ziemlich stark sein, was man noch nicht gezeigt hat. Bei Opera hat man dergleichen zumindest nicht beobachtet. Eine zweite Möglichkeit wäre die Neutrinoflavours heranzuziehen um zu erklären, warum sich Myon-Neutrinos so ganz anders verhalten sollten als Elektron-Antineutrinos.

          Die Forscher vom Minos-Experiment werden wohl jetzt ihrerseits versuchen, den Effekt der Überlichtgeschwindigkeit zu messen?
          Ja, nur die müssen sich neue Uhren kaufen und die Messungen wiederholen.

          Uhren?
          Für die Flugzeitmessungen sind extreme präzise Chronometer erforderlich. Wir nutzen beim Opera-Experiment zwei Cäsium-Atomuhren - eine Vorort in unserem Gran-Sasso-Labor und eine am Cern. Beide Uhren werden über GPS-Satelliten miteinander synchronisiert. Das haben die Spezialisten von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig übernommen.

          Wie lange wird Opera weitermessen?
          Geplant ist bis zum Jahr 2013, so dass wir jetzt etwa Halbzeit erreicht haben. Dabei werden wir uns natürlich weiterhin auch auf die Oszillation der Myon-Neutrinos konzentrieren und hoffentlich weitere Ereignisse registrieren, bei denen sich Myon-Neutrinos auf ihrem Flug in Tau-Neutrinos umwandeln. Inzwischen werden die Kollegen von Minos hoffentlich auf Resultate von Flugzeitmessungen vorlegen. Da der Neutrino-Strahl aus dem Fermilab ist intensiver ist als unserer, brauchen die Forscher von Minos eins bis zwei Jahre Messzeit, bis sie genug Statistik gesammelt haben. Es gibt im Gran-Sasso-Massiv noch weitere Detektoren, die nun ebenfalls die Flugzeit der aus Genf kommenden Myon-Neutrinos messen wollen. Es wird spannend.

          Was würde es bedeuten, wenn sich herausstellte, dass Neutrinos tatsächlich schneller vorankommen, als es die Relativitätstheorie erlaubt?
          Darüber kann man nur spekulieren. Wenn man derzeit auf Arxiv.org schaut, da explodiert die Zahl der Artikel. Es wird heftig spekuliert. So kann man lesen, dass die Ergebnisse gar nicht so viel bedeuten würden. Man müsse nur eine neue Obergrenze für die Lichtgeschwindigkeit einführen. Es gibt Argumente, dass die Neutrinos auf ihrem Flug in eine andere Dimension tunneln würden, die laut Stringtheorie existieren, aber in der „normalen Welt“ nicht wahrgenommen werden können. Wir selbst haben noch gar nicht überlegt und sind auch nicht die Experten dafür. Ziemlich sicher ist, sollten sich die Ergebnisse von Opera bewahrheiten, müsste man eines der wichtigsten Prinzipien fallen lassen - das der Lichtgeschwindigkeit als maximale Obergrenze.

          Und dann müsste die Satelliten-Navigation künftig statt auf Lichtstrahlen auf Neutrino-Strahlen basieren
          Ja, vielleicht. Dann wären unsere Navigationsgeräte aber tausend Tonnen schwer.

          Frau Hagner, ich bedanke mich für das Gespräch.

          Das Interview führte Manfred Lindinger

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