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Neutrinos : Wo rasen sie denn?

Die Neutrinoquelle CNGS des Cern ist auf den 730 Kilometer entfernten Opera-Detektor gerichtet. Bild: Cern

Können sich Neutrinos schneller ausbreiten als das Licht, wie das eine europäische Forschergruppe gemessen haben will? Zahlreiche Wissenschaftler liefern mögliche Erklärungen. Der Markt der Ideen blüht

          3 Min.

          Kaum vier Wochen ist es her, dass die unglaubliche Nachricht nicht nur die Gemüter von Wissenschaftlern erhitzte: Eine europäische Forschergruppe berichtete, dass sich Myon-Neutrinos im Experiment schneller ausbreiten sollen als es die Relativitätstheorie erlaubt (siehe F.A.Z. vom 24. September). Seit die Physiker des "Opera"-Projektes ihr Ergebnis verkündeten, sind auf der Internetplattform arxiv.org mehr als fünfzig Vorabveröffentlichungen von Wissenschaftlern erschienen, die das Phänomen mit zum Teil windigen Argumenten zu erklären versuchen - oder Messfehler gefunden haben wollen.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Zwischen Strings und Äther

          Zwar waren die Neutrinos, auf ihrem Weg vom europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf bis zum 730 Kilometer entfernten Opera-Detektor im Gran-Sasso-Massiv bei Rom nur um 60 Milliardstel Sekunden schneller als das Licht. Der kleine Unterschied genügte aber, dass eine bislang unerschütterliche Grenze durchbrochen wurde, die als kosmisches Tempolimit angesehen wird: Die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum. Besonderer Beliebtheit erfreut sich derzeit die Äthertheorie, nach der das Universum von einem Medium ausgefüllt ist, in dem sich das Licht ausbreitet. Für die Anhänger eines Lichtäthers, dessen Existenz 1887 durch das sogenannte Michelson-Morley-Experiment ausgeräumt wurde, hatte die Spezielle Relativitätstheorie Albert Einsteins ohnehin nie Gültigkeit gehabt. Andere Theoretiker glauben, dass Neutrinos auf ihrem Flug in andere Raumdimensionen, die laut Stringtheorie existieren, "tunneln" und dadurch schneller vorankämen.

          Quanteneffeklt als Prüfstein

          Ein durchaus stichhaltiges Argument, das gegen die Messergebnisse von Opera spricht, liefern Andrew Cohen und der Nobelpreisträger Sheldon Glashow. Die beiden Theoretiker von der Boston University in Massachussetts haben berechnet, dass Neutrinos, die schneller als Licht fliegen, permanent Energie verlieren, da sie auf ihrem Flug Paare von Elektronen und Positronen aussenden. Der Effekt, der sich aus der schwachen Wechselwirkung ergebe und der Neutrinos von Natur aus unterliegen, sei vergleichbar mit dem Tscherenkow-Effekt. Diese Leuchterscheinung tritt stets auf, wenn Elektronen sich in Wasser fast mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Die Elektronen verlieren permanent Energie, was man am blauen Tscherenkow-Licht erkennen kann. Wenn die Neutrinos tatsächlich mit Überlichtgeschwindigkeit fliegen sollten, hätten sie auf ihrem Weg bereits den größten Teil ihrer Energie verloren müssen und es gar nicht bis zum Opera-Detektor schaffen können, so die Folgerung von Cohen und Glashow (arXiv: 1109.6562v). Die beiden Theoretiker sind überzeugt, dass die Ergebnisse von Opera nicht auf überlichtschnelle Teilchen, sondern auf einem noch nicht entdeckten Messfehler beruhen. Sie appellieren an die Neutrino-Oberservatorien, die nach kosmischen Neutrinos Ausschau halten, ein stärkeres Augenmerk auf die Energieverteilung von Neutrinos zu legen.

          Negative Resultate

          Dem Aufruf von Cohen und Glashow sind nun die Forscher des Neutrino-Experiments "Icarus" gefolgt, das wie Opera in einem Untergrundlabor im Gran-Sasso-Massiv untergebracht ist und ebenfalls die Myon-Neutrinos aus Genf nachweisen kann. Der Icarus-Detektor, der seit dem vergangenen Jahr betrieben wird, ist mit 760 Tonnen flüssigem Argon gefüllt und darauf spezialisiert, den Ankunftsort und die Energie der Neutrinos zu messen. Wie die Forscher von "Icarus" in ihrer Vorabveröffentlichung berichten, haben sie bereits hundert Neutrino-Ereignisse ausgewertet. Sie hätten keine von Cohen und Glashow prognostizierten Elektronen-Positronen-Paaren in ihrem Detektor beobachtet. Auch zeige das Energiespektrum der nachgewiesenen Neutrinos keine Anzeichen, die auf die Existenz überlichtschneller Teilchen schließen ließen.

          Markt der Spekuationen

          Neutrinos also doch nicht schneller als Licht? Im Grund könnte es auch sein, dass Cohen und Glashow in ihren Berechnungen ein Fehler unterlaufen ist und ihr vorhergesagter Effekt gar nicht so stark in Erscheinung tritt wie vorausgesagt. Oder die Neutrinos verstoßen nicht nur gegen Einsteins Geschwindigkeitsgebot, sondern auch gegen die schwache Wechselwirkung, die im Standardmodell der Elementarteilchenphysik fest verankert ist. Alle diese Mutmaßungen scheinen allerdings gleichermaßen unwahrscheinlich. So wird man sich noch einige Zeit gedulden müssen, bis die Forscher von Opera entweder einen Messfehler entdecken oder ein anderes unabhängiges Experiment die Messungen wiederholt.

          Frische Neutrinos für Tests

          Die Forscher von Opera ihrerseits haben die eigenen Messergebnisse inzwischen noch einmal überprüft und keinen Fehler gefunden. In dieser Woche will das Cern einen besonders für präzise Geschwindigkeitsmessungen geeigneten Neutrinostrahl herstellen. Damit wollen die Physiker von Opera ihren kleinen systematischen Fehler weiter eingrenzen.

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