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FRAGEN/005: Christian Schill - Schneller, als Einstein erlaubt (uni'leben - Uni Freiburg)


uni'leben - 01/2012
Die Zeitung der Universität Freiburg

Schneller, als Einstein erlaubt

Der Kernphysiker Christian Schill erklärt, wie die winzigen Neutrinos mehr als 700 Kilometer von der Schweiz nach Italien geflogen sind


Sie heißen Neutrinos, was so viel heißt wie "kleine neutrale Teilchen". Für Aufsehen haben sie gesorgt, als sie scheinbar schneller, als Albert Einsteins Relativitätstheorie es erlaubt, die rund 700 Kilometer vom schweizerischen Genf bis zum Gebirgsmassiv Gran Sasso in Süditalien zurücklegten. Eva Opitz hat den Privatdozenten Dr. Christian Schill vom Institut für Physik der Universität Freiburg zum Hintergrund dieses Ergebnisses befragt. Der Physiker arbeitet bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in Genf am COMPASS-Experiment mit. Physikerinnen und Physiker aus allen europäischen Ländern untersuchen bei diesem Projekt, wie Protonen und Neutronen zusammengesetzt sind.


uni'leben: Was sind das für Teilchen, die Einsteins Theorie widerlegen könnten?

Christian Schill: Neutrinos sind noch relativ unerforscht. Wir wissen erst seit circa zehn Jahren, dass sie überhaupt eine Masse haben. Sie sind zwar Teil des so genannten Standardmodells der Physik, aber wir wissen nicht einmal, welches von den drei uns bekannten Neutrinos das schwerste oder das leichteste ist. Fest steht, dass Neutrinos die leichtesten der uns bekannten Teilchen sind.

uni'leben: Fliegen sie deshalb so leicht in gerader Linie durch die Erde nach Italien?

Christian Schill: Sie stehen mit der Materie in einer so schwachen Wechselwirkung, dass sie alles durchdringen. Wenn sie nicht aus dem Teilchenbeschleuniger im CERN kommen, werden sie von der Sonne durch Kernfusion produziert. Neutrinos fliegen auch durch uns hindurch, und das selbst nachts. Wenn auf der anderen Seite der Erde die Sonne scheint, durchdringen sie die Erde und kommen bei uns an. Bis zum Gran Sasso fliegen sie 10 bis 15 Kilometer unterhalb der Erdoberfläche und müssen daher keine Rücksicht auf die Erdkrümmung nehmen.

uni'leben: Warum hat der Teilchenbeschleuniger im CERN die Neutrinos auf die Reise nach Italien geschickt?

Christian Schill: Im Gran Sasso ist ein Detektor, der den gebündelten Strahl aus dem CERN auffangen und analysieren kann. Es ist nicht ganz einfach, Neutrinos zu erzeugen, und das in solchen Mengen, dass wir sie nachweisen können. Dabei war das Ziel eigentlich, Massenunterschiede zwischen den drei Neutrinosorten zu bestimmen, und nicht, die Geschwindigkeit zu überprüfen. Selbst ein so großer Detektor wie der im Gran Sasso kann unter Milliarden verschickter Teilchen nur eine Handvoll nachweisen.

uni'leben: Wie können Wissenschaftler die Neutrinos nachweisen?

Christian Schill: Das Verfahren ist kompliziert. Sie werden im Grand Sasso auf eine Fotoemulsion gelenkt. Wenn sie dort mit anderen Teilchen in Wechselwirkung treten, hinterlassen die dabei erzeugten Elementarteilchen eine Spur, die im günstigsten Fall zum CERN zurückweist. Ein paar zeigen eine Spur zur Sonne hin. Dann wissen wir, sie kommen nicht aus Genf, sondern aus dem Weltall.

uni'leben: Es handelt sich um 60 milliardstel Sekunden, die die Neutrinos schneller als das Licht gewesen sein sollen. Wie ist es möglich, die Geschwindigkeit so genau festzustellen?

Christian Schill: Auf beiden Seiten wurde die Zeit mit genau aufeinander synchronisierten Atomuhren gemessen. Sie gehen auf die Milliardstelsekunde genau. Die Strecke messen klassische Geometer mithilfe von GPS-Geräten aus. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass diese Streckenmessungen sehr genau ausfallen. In der Strecke gemessen, liegen die Neutrinos, verglichen mit einem normalen Lichtstrahl, 20 Meter weiter vorne. Demnach hätten sie die Lichtgeschwindigkeit überboten.

uni'leben: Wie beurteilen Sie das Ergebnis?

Christian Schill: Bisher hat sich bei allen Teilen von Einsteins Theorie kein Test gefunden, der einen ernsten Widerspruch begründen würde. Das wäre das erste Mal. Kritische Stimmen, die einen Messfehler vermuten, gibt es sowohl innerhalb als auch außerhalb des Experimentes. Daher muss das Ergebnis des CERN in einem weiteren Experiment überprüft werden. In den USA ist ein solcher Versuch am Fermilab in Illinois schon angelaufen.

uni'leben: Kann Einstein von seiner ewigen Ruhestätte aus weiterhin ruhig zuschauen?

Christian Schill: Es wäre erstaunlich, wenn sich die Neutrinos als Einzige in der ganzen Teilchenfamilie außerhalb d es Standardmodells stellen und die Relativitätstheorie verletzen würden. Gegen das Ergebnis spricht zudem die Erfahrung aus einer der vergangenen Sternenexplosionen, einer Supernova: Da kamen die Neutrinos und das Licht gleichzeitig auf der Erde an. Auf der anderen Seite darf man große Entdeckungen auch nicht ignorieren, und Neutrinos sind relativ unbekannte Teilchen. Da haben wir ein großes Feld für die Teilchenphysik aufgetan.


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Quelle:
uni'leben - 01/2012, Seite 2
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der Rektor, Prof. Dr. Hans-Jochen Schiewer
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veröffentlicht im Schattenblick zum 16. März 2012