08/01/2012 - Der Schlüssel zum Ursprung des Universums könnte unter Wasser sein

Menéame

Bald wird die Menschheit noch viel mehr "Auge" haben, indem sie das Universum auf der Suche nach Teilchen verfolgt, die uns die Rätsel um ihren Ursprung lösen können. Kosmische hochenergetische Neutrinos können nur von wenigen versteckten Geräten an den unerwarteten Orten entdeckt werden: in den Bergen, unter der Erde, unter dem Wasser und sogar in einem festen Eis.

Wissenschaftler benutzen sie, um die Geheimnisse des Universums zu offenbaren, um die Natur der dunklen Materie, die Evolution der Sterne und den Ursprung der kosmischen Strahlen zu kennen.

Schneller als das Licht?

Sie könnten auch verwendet werden, um zu überprüfen, ob diese Neutrinos schneller sind als Licht, wie jüngste Experimente zeigen, die im CERN, dem größten Physiklabor der Welt, an der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz durchgeführt wurden.

Bald werden sich zwei neue Teleskope dem Netz anschließen, das für ihre Suche bestimmt ist.

Der erste, ein Kubikkilometer-Detektor, wird ein kleines Tintenfisch-Gerät ersetzen, das bislang einen Kilometer tief am Baikalsee in Russland schwebte.

Die zweite befindet sich im Hintergrund des Mittelmeers.

Höher als das größte Gebäude der Welt

KM3Net, eine Abkürzung für "Neutral-Kubikkilometer-Teleskop," wird in einer Tiefe von drei bis fünf Kilometern platziert und hat ein Volumen von fünf Kubikkilometer.

Es ist in einem Gerät mit mehreren vertikalen Saiten an sphärische Module angeschlossen. Diese Glaskugeln enthalten Sensoren zum Nachweis von Neutrinos.

Jedes Seil ist einen Kilometer lang, also wird es, sobald es am Boden des Mittelmeers liegt, höher sein als das größte Gebäude der Welt, der Khalifa Burj in Dubai, 830 Meter.

Die Tausende optischer Sensoren, die gegen den Wasserdruck resistent sind, werden die Blitze des sogenannten Cherenkow-Lichts erfassen, einer Art elektromagnetischer Strahlung, die von geladenen Partikeln aus dem Zusammenstoß von hochenergetischen Neutrinos mit dem Planeten Erde ausgestrahlt wird.

Wie alle anderen Neutrinoteleskope muss das KM3NeT an den tiefsten und dunkelsten Orten sein, damit es die Teilchen erkennen kann, die unseren Planeten bombardieren.

Europäisches Projekt

Insgesamt 40 Hochschulen und Hochschulgruppen aus insgesamt zehn Ländern nehmen an diesem europäischen Projekt teil.

Zurzeit gibt es mehrere Neutrinodetektoren, aber nur drei sind auf der Suche nach diesen Partikeln. Es ist NT-200 in Baikal, Antares, 2,5 km tief im Mittelmeer und IceCube, im Eis des Südpols versteckt.

Um den ganzen Planeten zu erfassen, müssen Neutrinoteleskope sowohl in der nördlichen als auch im südlichen Hemisphäre gefunden werden, wobei sie in entgegengesetzte Richtungen zielen.

Geisterpartikel

Unser Universum beherbergt viele gewalttätige Prozesse, einschließlich der Sternexplosionen von Supernovas, Sternenschocks und riesigen kosmischen Explosionen, die als Strahlenausbrüche bekannt sind.

Diese Phänomene beschleunigen die Teilchen auf extrem hohe Energieniveaus, überschreiten die in Experimenten auf der Erde erreichten Werte und erzeugen so etwas, das als hochenergetische kosmische Strahlen bekannt ist.

Strahlen verbreiten sich im Universum und regnen über die Erdatmosphäre. Obwohl die Astronomen seit Jahren kosmische Strahlen aufgezeichnet haben, konnten sie noch nicht feststellen, woher sie stammen.

Die hochenergetischen Neutrinos, glauben Wissenschaftler, könnten helfen, das Geheimnis zu lösen.

Diese subatomaren Teilchen stammen aus der Reaktion zwischen kosmischen Strahlen und Materie, so dass man glaubt, sie stammen aus dem Herzen dieses gewalttätigen Prozesses, der auch die Strahlen hervorrief.

Aber im Gegensatz zu kosmischen Strahlen haben Neutrinos keine elektrische Ladung und ihre Masse ist praktisch Null.

Sie haben so wenig Interaktion mit der normalen Materie, dass sie mühelos durch den Raum reisen, lange Entfernungen durchqueren, was bedeutet, dass sie unseren Körper und unseren Planeten in gerader Linie durchqueren.

Die Tatsache, dass sie ohne Ablenkung oder Absorption mit voller Geschwindigkeit durch das Universum verkehren können, bedeutet, dass sie theoretisch in der Lage sein sollten, uns ihren Ursprung zu zeigen, indem sie zu unvergleichlichen kosmischen Boten werden.

"Die Registrierung von hochenergetischen Neutrinos könnte unsere Chance sein, diese Quelle zu sehen, und es würde auch sicherstellen, dass hochenergetische kosmische Strahlen von derselben Stelle kommen und uns helfen, mehr über sie und das Universum zu lernen," so Dr. Oleg Kalekin, einer der Forscher, die an dem Projekt an der Universität Erlangen in Deutschland arbeiten.

Aber diese Art von Partikeln zu erkennen ist sehr kompliziert. Sie sind so schwer aufzuspüren, dass Wissenschaftler sie "Gespensterteilchen" nennen.

Wetten auf das Große

Die Forscher, die sich durch die ständigen Misserfolge bei der Entdeckung dieses weit entfernten Reisenden fruchteten, glauben, sie müßten auf das Große wetten.

"Ein Beobachtungsfenster für schwach intensive Energien wurde geöffnet," sagt Dr. Christian Speering von DESY, einem deutschen Forschungszentrum für physikalische Partikel, das mit dem Projekt des KM3NeT verbunden ist.

"Wir wollen sie an höhere Energien anpassen und sehen, wie diese Teilchen aussehen, die unkognitär sind. Dazu brauchen wir größere Detektoren."

Major, erklärt er, bedeutet mindestens einen Kubikkilometer. Deshalb wurde der IceCube-Detektor gebaut. Es begann 2010 mit voller Kapazität und könnte in Zukunft sogar noch größer sein.

Obwohl niemand in der Lage war, hochenergetische Neutrinos aufzuspüren, ist das Rennen um den ersten Beweis im Gange, sagt der Astrophysiker Bair Shaibonov vom Atomforschungsinstitut in Dubna (Russland).

Deshalb wurde beschlossen, den Detektor in Russland zu verbessern.

Die Förderer des Plans werden die erste 350 Meter lange Saite mit kugelförmigen Modulen eintauchen, die während der jährlichen Expedition zum Baikal im nächsten Jahr angebunden sind.

Die Bedingungen von Baikal, dem tiefsten See der Welt, sind ideal für ein Neutrinoteleskop, so versicherte er.

"Wir haben ein Meter breites Eis, eine natürliche Plattform für Verbesserungen und Reparaturen. Es gibt keine Stürme, und das Wasser ist frisch, also werden die Geräte nicht so schnell rostet. Ein großes Teleskop hier zu bauen, bedeutet nur einen Bruchteil der Kosten des KM3NeT oder des IceCube."

Gemeinsam werden Baikal-GVD, KM3NeT und IceCube die Fähigkeit der Wissenschaftler zur Erkennung dieser Phantompartikel verbessern. Wenn sie erfolgreich wären, würden ihre Erkenntnisse neue Lichtblicke auf die Natur des Kosmos werfen.

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