06.10.26 - Pro Sekunde durchströmen mehrere Milliarden Neutrinos die Fläche eines Daumennagels. In der Kälte der Antarktis fängt ein riesiger Eiswürfel die Geisterteilchen ein. Ihn würdigt der Physik-Nobelpreis.
Manchmal braucht es etwas Großes, um etwas sehr Kleines zu finden: Der belgisch-amerikanische Forscher Francis Halzen hat mit der Vision für einen gigantischen Eiswürfel entscheidend dazu beigetragen, winzigste Elementarteilen zu erfassen – und wird dafür nun mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
Halzen habe bedeutende Beiträge zum Neutrino-Observatorium "IceCube" geleistet, hieß es von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm – einem Kubikkilometer Gletschereis in der Antarktis, der mit Sensoren ausgestattet ist. "Seine Hartnäckigkeit und wissenschaftliche Vision haben den Weg für eine neue Art der Astronomie geebnet", sagte der Vorsitzende des Physik-Nobelkomitees, Mark Pearce.
Auf der Spur von Geisterteilchen
Halzen, Professor an der Universität von Wisconsin in Madison und inzwischen 82 Jahre alt, erkannte, dass sich das Eis am Südpol zur Verfolgung von Neutrinos – oft Geisterteilchen genannt – eignet. Seine Pläne präsentierte er erstmals 1988.
Mit dem 2011 vollständig in Betrieb genommenen "IceCube" gelang der erste Nachweis hochenergetischer kosmischer Neutrinos, wie es beim Teilchenforschungszentrum Desy (Deutsche Elektronen-Synchrotron) heißt. "Ein neues Beobachtungsfenster zu den extremsten Bereichen unseres Universums war aufgestoßen."
Deutschland ist an der IceCube Collaboration maßgeblich beteiligt und stellt nach den USA das zweitgrößte nationale Kontingent. Beteiligt ist neben Desy auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Deutsche Forschungsgruppen arbeiten nicht nur wissenschaftlich mit, sondern entwickelten auch zentrale Komponenten des Observatoriums.
Große Freude in Italien
Der Preisträger hielt sich am Dienstag in Italien auf. Der Preis sei "eine große Überraschung gewesen" und "ich habe natürlich nicht damit gerechnet", sagte Halzen, als das Nobelkomitee ihn zur Preisbekanntgabe nach Stockholm zuschaltete. Es sei eine große Freude – und fühle sich "seltsam" an, den Nobelpreis zugesprochen zu bekommen.
Über seine Pläne für seinen großen Tag sagte der frisch gekürte Nobelpreisträger, er arbeite derzeit an einem wissenschaftlichen Antrag und hoffe darauf, dass der Preis die Chancen darauf erhöhe, dass dieser angenommen werde.
Halzen wurde 1944 im belgischen Tienen geboren und ist mittlerweile US-Bürger. 1969 promovierte er an der Katholischen Universität Leuven. Dort zeigte man sich stolz und überglücklich, wie eine Sprecherin der Universität der Deutschen Presse-Agentur erzählte.
Christopher Wiebusch von der RWTH Aachen arbeitet am "IceCube"-Projekt mit und kennt Halzen schon seit Jahren. "Ich glaube, dass es einen sehr großen kulturellen Gewinn gibt, weil wir lernen, das Universum auf eine neue Art zu sehen. Neue Ansichten des Universums haben letztlich immer langfristige Auswirkungen auf die Menschheit gehabt", sagte Wiebusch der dpa – und beschrieb Halzen als Mensch mit Charisma, wie er es selten erlebt habe. Er sei "sehr schlau, aber auch sehr nahbar".
"IceCube" – ein Kubikkilometer Eis, der mit Sensoren ausgestattet ist. ...Archivbild: Yuya Makino/IceCube/NSF/dpa
Scheue Teilchen
Neutrinos zählen zu den geheimnisvollsten Elementarteilchen. Im Mittel treffen zwar pro Sekunde zehn Milliarden auf jeden Quadratzentimeter der Erdoberfläche - also etwa die Fläche eines Fingernagels. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Kernphysik, etwa bei der Kernfusion im Inneren der Sonne. Die Neutrinos, nach denen mit "IceCube" gefahndet wird, sind aber millionen- bis zu milliardenfach energiereicher und entstehen bei Sternexplosionen und in der Umgebung supermassereicher Schwarzer Löcher in fernen Galaxien.
Neutrinos sind dabei recht scheue Gesellen: Sie treten mit gewöhnlicher Materie kaum in Wechselwirkung. Um die flüchtigen Partikel nachzuweisen, sind große Materiemengen nötig, die aus möglichst reinen Stoffen bestehen. Ein solcher Stoff ist beispielsweise Wasser - im Eis der Antarktis liegt es in großen Mengen in ausreichend reiner Form vor.
Reagiert ein Neutrino - was selten vorkommt - mit einem Wassermolekül, so entstehen elektrisch geladene Teilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das Eis rasen und dabei Licht aussenden, die sogenannte Tscherenkow-Strahlung. Der einen Kubikkilometer große Detektor fängt diese Lichtsignale dem Desy zufolge durch mehrere tausend Lichtsensoren ein, die in Glaskugeln an langen Trossen tief in das Polareis eingeschmolzen sind.
Bisher nur "die Spitze des Eisbergs" sichtbar
Von solcher Neutrino-Forschung erhoffen sich Physiker sehr viel: Erkenntnisse über die Dunkle Materie, über den Urknall und über eine Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik. Die von der Anlage entdeckten Wechselwirkungen könnten kosmische Phänomene enthüllen, die bislang noch unbekannt seien, erklärte das Nobelkomitee.
"Wir sehen bisher nur die Spitze des Eisbergs – nur ein ganz kleiner Teil des Neutrino-Himmels ist aufgelöst", erläuterte der DESY-Forscher Marek Kowalski. Die IceCube Collaboration plant daher eine Erweiterung des Detektors: "Der Ausbau zu IceCube-Gen2 wird den Detektor auf gigantische acht Kubikkilometer vergrößern und die Nachweisrate kosmischer Neutrinos verzehnfachen", heißt es auf der Website.
Mit "IceCube" können Forscher Neutrinos aus extrem energiereichen Prozessen im ...Foto: IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)/dpa
Forscher enthält umgerechnet eine Million Euro
Im 125. Jahr des Physik-Nobelpreises gibt es eine Besonderheit: Erstmals in der Geschichte der Stiftung werden die Namen der Nobelpreisträger für Physik, Chemie und Wirtschaftswissenschaften von einer Frau verkündet. Die gebürtige Belgierin Ellen Moons trat zum Jahresstart ihren Posten als neue Generalsekretärin der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften (KVA) in Stockholm an, die die Nobelpreise in den drei Preiskategorien alljährlich bekanntgibt. Sie ist die erste Frau in diesem Amt seit der Gründung der Akademie im Jahr 1739.
Ellen Moons ist die erste Generalsekretärin in der Geschichte der Königlich-Schwedischen ...Foto: Patrik Lundin/KVA/dpa
"Für mich ist es ziemlich normal, die erste Frau in der Physik zu sein oder zu einer Minderheit weiblicher Physikerinnen zu gehören", sagte die 60-Jährige. "Aber natürlich ist das hier ein ganz besonderes Ereignis: Wir feiern heute die Wissenschaft, und es ist eine große Freude für mich, als deren Sprecherin zu fungieren."
Die renommierteste Auszeichnung für Physiker ist in diesem Jahr mit insgesamt zwölf Millionen schwedischen Kronen dotiert, umgerechnet rund einer Million Euro. (dpa) +++
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