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Auf Neutrinojagd 1000 Meter unter die Erde

  • 05.07.2018

Japans goldener Neutrinodetektor „Super-Kamiokande“ ist weltbekannt – spätestens seit Prof. Kajita sich den Physiknobelpreis für die Entdeckung der Neutrinooszillationen mit Prof. McDonald geteilt hat. Am 5. Juli besichtigte eine 12-köpfige Gruppe von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern europäischer Wissenschaftsorganisationen in Japan das unterirdische Forschungsgelände und durfte sogar in den gigantischen Wassertank hinabfahren, in dem normalerweise Wechselwirkungen von Neutrinos gemessen werden.

Die flüchtigen Spuren der scheuen Teilchen

Tief im Inneren des Ikeno-Berges in der japanischen Präfektur Gifu versuchen Wissenschaftler Elementarteilchen auf die Spur zu kommen, die so leicht sind, dass man ihre Masse bis heute nicht beziffern kann: Neutrinos. Dass die scheuen Teilchen überhaupt eine Masse haben, hat Prof. Takaaki Kajita gezeigt und dafür im Jahr 2015 einen Teil des Physiknobelpreises für die Entdeckung der Neutrinooszillationen erhalten. Seine Untersuchungen führte er an dem Super-Kamiokande-Experiment durch, das sich in einem als „Kamioka Observatory" bekannten unterirdischen Forschungsgelände befindet.

Am 5. Juli erhielt eine 12-köpfige Gruppe von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern europäischer Wissenschaftsorganisationen die Möglichkeit, im Rahmen einer Exkursion der EU-Delegation in Japan den Neutrinodetektor zu besichtigen. Unter der Führung des deutschen Wissenschaftlers Dr. Kai Martens (The University of Tokyo), der die Arbeit vor Ort schon lange begleitet, erkundete die Gruppe das Forschungsgelände, das in die Gänge einer alten Mine gebaut wurde. Nach einer theoretischen Einführung in der eindrucksvollen, kuppelartigen Messstation über dem Wassertank durch den Direktor des Kamioka Observatory, Dr. Masayuki Nakahata, wurden die Besucherinnen und Besucher sogar in den Detektor selbst hinuntergefahren, denn der Wassertank ist gerade aufgrund von Wartungsarbeiten geöffnet. 

 
Wo sich Neutrinos zu erkennen geben

„Super-Kamiokande“ ist vielleicht das schönste Labor der Welt: Ein gigantischer Wassertank, der 52.000 Tonnen reines H2O fasst und dessen Wände 13.000 hochempfindliche Lichtsensoren schmücken. Diese handgefertigten, glühbirnenförmigen Elektronenröhren registrieren das schwache Licht von geladenen Teilchen, die entstehen, wenn ein Neutrino in Wechselwirkung mit dem Wasser im Tank tritt. Da Neutrinos nur selten mit Materie reagieren, sind die großen Wassermengen nötig, um zumindest einige Reaktionen pro Tag zu beobachten.

Von der schwankenden Gondel aus bot sich ein eindrückliches Bild: Im tiefblauen Wasser des noch zu etwa zwei Dritteln gefüllten Tanks funkelte das Gold tausender Lichtsensoren in surreal verspiegelter Unendlichkeit – unterbrochen nur durch ein sehr reales, oranges Schlauchboot und eine Ponton-Insel auf der Wasseroberfläche, von der aus Mitarbeiter des Forschungsinstituts defekte Lichtsensoren händisch austauschten.


Auf der Fährte vergangener Sternenexplosionen

Wie Dr. Martens erklärte, werden täglich rund 35 Neutrino-Wechselwirkungen im Detektor gemessen. Erkennbar sind sowohl solare Neutrinos, die von der Sonne in Richtung Erde fliegen, als auch atmosphärische Neutrinos, die bei der Reaktion von kosmischen Teilchen mit unserer Erdatmosphäre entstehen. Noch unzugänglich sind dem Experiment Neutrinos aus einer weiteren Quelle: Diejenigen Neutrinos, die bei Supernovae – also Sternenexplosionen – freigesetzt werden. Seit in der Geschichte des Universums Sterne explodieren, durcheilen diese Neutrinos das Weltall - ohne sich bislang jedoch zu erkennen zu geben.

Doch ein neues Experiment könnte hier in den kommenden Jahren Hinweise liefern: Unter der Leitung ihres Direktors Prof. Nakahata hoffen die Wissenschaftler im Jahr 2019 das chemische Element Gadolinium in den Tank einzuführen, und damit eine Messung des Neutrinoflusses aller vergangenen Supernovae zu ermöglichen. Im Vergleich zu ihrem zweiten Projekt ist das aber nur ein kleiner Schritt: Denn schon bald möchten sie mit dem Bau eines Wassertanks in fast zehnfacher Größe des jetzigen beginnen. „Hyper-Kamiokande“ heißt das Folge-Experiment, von dem man sich Erkenntnisse zu keiner geringeren Frage erhofft als die nach dem Ursprung der Materie oder genauer: nach dem Fehlen von Antimaterie im Universum.

 

Bericht: Laura Blecken
Copyright: Kai Martens (Foto 1), Laura Blecken (Foto 2,3)

 

 

 

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