Forschende knacken Rekord bei der Messung von Sonnenneutrinos
Mit einem für die Suche nach Dunkler Materie gebautem Detektor konnten Sonnenneutrinos mit einer so niedrigen Energie nachgewiesen werden wie nie zuvor.
Ein für die Suche nach Dunkler Materie gebauter Detektor hat einen Rekord aufgestellt: Forschenden ist es gelungen, Sonnenneutrinos mit einer so niedrigen Energie nachzuweisen wie nie zuvor. Beteiligt war auch die Universität Zürich.
Die Beobachtung im italienischen Gran-Sasso-Laboratorium erweitert die Nachweisgrenze auf eine Neutrino-Energie von rund 17 Kiloelektronenvolt (keV) hinunter, wie die «Xenon-Forschungskollarboration» am Montag mitteilte. Damit wird ein Bereich zugänglich, in dem vor allem sogenannte pp-Neutrinos dominieren.
«Diese pp-Neutrinos sind besonders interessant, weil sie direkt mit dem Energieproduktionsmechanismus der Sonne verbunden sind. Sie entstehen also ganz am Anfang der Fusionskette. Wenn man ihren Fluss präzise misst, überprüft man daher sehr direkt unser Verständnis davon, wie die Sonne im Innersten funktioniert», erklärt die am Experiment beteiligte Professorin Laura Baudis von der Universität Zürich der Nachrichtenagentur Keystone-SDA.
Schwer greifbare Teilchen
Damit haben die Forschenden Teilchen gemessen, die in unvorstellbaren Zahlen durch uns hindurchfliegen. «Jede Sekunde passieren Milliarden von Sonnenneutrinos unseren Körper, praktisch ohne Spuren zu hinterlassen», so Baudis. Dass man einige dieser fast ungreifbaren Teilchen überhaupt nachweisen könne, sei «an sich bemerkenswert», so die Forscherin.
Weil Neutrinos nur äusserst selten mit Materie wechselwirken, ist ihr experimenteller Nachweis besonders schwierig. Möglich wurde die neue Messung mit einem Detektor, der rund 1400 Meter unter der Erdoberfläche im italienischen Gran-Sasso-Labor steht: XENONnT.
Winzige Zusammenstösse
Im Innern des Detektors befinden sich 5,9 Tonnen hochreines, flüssiges Xenon. Wenn ein Neutrino dort mit einem Elektron wechselwirkt, kann es diesem einen winzigen Rückstoss versetzen. Dabei entstehen Licht- und Ionisationssignale, die XENONnT registrieren kann.
Das Problem: Die Signale, nach denen die Forschenden suchen, sind winzig. Schon kleinste Störungen können sie überdecken. Um sie trotzdem messen zu können wurde der Detektor besonders stark abgeschirmt und das Xenon extrem sauber gehalten.
Die Xenon-Kollaboration hat deshalb über Jahre Verfahren entwickelt, um den Detektor abzuschirmen und selbst geringste Verunreinigungen zu reduzieren. Unter anderem wird radioaktives Radon kontinuierlich aus dem Xenon entfernt. Auch die verbleibenden Signale durch Radioaktivität und kosmische Strahlung wurden genau bestimmt. Wasser-Cherenkov-Detektoren helfen dabei, störende Teilchen wie Neutronen und Myonen zu erkennen.
Ein Detektor für etwas ganz anderes
Der Detektor wurde eigentlich für ganz etwas anderes gebaut: die Suche nach Dunkler Materie. Die Forschenden wollen damit bislang unentdeckte Teilchen aufspüren, die einen grossen Teil der Materie im Universum ausmachen könnten. «Ich glaube, das zeigt sehr schön, wie Grundlagenforschung funktioniert. Man entwickelt extrem empfindliche Technologien, um eine grosse offene Frage im Universum zu beantworten, und plötzlich öffnen sie auch ein neues Fenster auf ein anderes Gebiet», so Baudis.
Schliesslich zeige das Ergebnis auch, wie präzise moderne Experimente in der Astroteilchenphysik geworden seien. «Diese Messung ist ein Beispiel dafür, wie aus extremer Präzision neues Wissen entsteht, in diesem Fall über die Sonne, über Neutrinos und (hoffentlich!) über die fundamentalen Gesetze der Natur», sagt Baudis.
Die aktuellen Ergebnisse wurden in einem Seminar im Labor des Nationalen Instituts für Kernphysik in Italien vorgestellt. An dem Experiment sind rund 30 Forschungsinstitutionen weltweit beteiligt.
