Physik-Nobelpreis für Takaaki Kajita und Arthur B. McDonald

Der Physik-Nobelpreis wird in diesem Jahr an Takaaki Kajita und Arthur B. McDonald für den Nachweis, dass Neutrinos eine Masse besitzen, verliehen. Das teilte das Karolinska-Institut am Dienstag in Stockholm mit. Die höchste Auszeichnung für Physiker ist mit umgerechnet 850.000 Euro (8 Millionen Schwedischen Kronen) dotiert.

Von allen bekannten Elementarteilchen geben die Neutrinos die größten Rätsel auf. Nach dem Standardmodell der Physik - der Theorie, die den Aufbau der Materie beschreibt - haben sie weder eine Masse noch eine elektrische Ladung. Doch gab es immer wieder Spekulationen darüber, ob die Teilchen, die jegliche Materie fast ungehindert durchdringen können, nicht doch eine Masse haben.

Jagd auf die Geisterteilchen

Die Frage, ob die Neutrinos masselos sind, ist für die Kosmologie von fundamentaler Bedeutung. Nach heutigen Vorstellungen dehnt sich der Kosmos aus, seitdem er aus dem Urknall entstanden ist. Ob sich diese Expansion unendlich fortsetzt oder ob das Universum irgendwann in sich zusammenstürzt, hängt von der Gesamtmasse des Universums ab. Der Urknalltheorie zufolge enthält jeder Kubikzentimeter einige hundert Neutrinos. Eine endliche Neutrinomasse könnte für die Entwicklung des Kosmos eine entscheidende Rolle spielen.

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Den eindeutigsten Beweis, dass die Neutrinos tatsächlich eine Masse besitzen, erbrachten 1998 eine japanische und amerikanische Forschergruppe unter Leitung von Takaaki Kajita. Mit dem gewaltigen Kamiokande-Detektor, der in der Nähe der japanischen Stadt Kamioka in einer Mine rund 1000 Meter unter der Erde untergebracht ist, fanden sie deutliche Hinweise dafür, dass sich Myon-Neutrinos, die in der Atmosphäre erzeugt werden, von selbst in andere Neutrinos umwandeln können. Solche Neutrino-Oszillationen sind aber nur möglich, wenn diese Teilchen eine Masse besitzen.

Die Chamäleons von der Sonne

Drei Jahre später präsentierten kanadische Forscher um Arthur B. McDonald ähnliche Ergebnisse. Sie fanden mit dem in der Nähe von Sudbury/Ontariomit gelegenen Sudbury Neutrino Observatory (SNO) deutliche Hinweise, dass Elektron-Neutrinos, die im Inneren der Sonne durch Kernverschmelzung entstehen, auf dem Weg zur Erde von selbst ihre Identität wechseln können. Damit war zum einen geklärt, warum man viele Jahre immer nur einen Bruchteil der theoretisch zu erwartenden solaren Elektronen-Neutrinos gemessen hatte. Zum anderen erhärtete sich der Befund aus Japan, dass Neutrinos tatsächlich eine Masse aufweisen.

Neutrinos mit Fliegengewicht

Inzwischen existieren eine Reihe von Experimenten, die Neutrino-Oszillationen gemessen haben. Viele nutzen künstliche, von Teilchenbeschleunigern oder Kernreaktoren erzeugte Neutrino-Strahlen. Welche Masse die Neutrinos tragen, ist indessen noch immer unklar. Es lässt sich bislang nur eine obere Grenze angeben. Die beläuft sich auf wenige Elektronenvolt . Zum Vergleich: Das Elektron, das leichteste geladene Teilchen, ist etwa 200.000 Mal so schwer.

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