Wissenschaftler nennen dies das "Geisterteilchen". Es hat fast keine Masse, entwickelt eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit und versteckt sich seit drei Jahrzehnten hintereinander vor Forschern auf der ganzen Welt. Wir sprechen von Neutrinos, die Physiker jetzt in Laboratorien von Pakistan bis in die Schweiz verprügeln. Neutrinos entstehen, wenn radioaktive Elemente zerfallen. Sie sind in der Sonne, anderen Sternen und sogar in unserem eigenen Körper. Ein Neutrino passiert ohne Schwierigkeiten eine große Menge an Materie. Wie untersuchen Wissenschaftler dieses schwer fassbare Teilchen?
GERDA
Dieses hoch entwickelte Gerät, das GERmanium Detector Array (GERDA), hilft Wissenschaftlern zu verstehen, warum wir überhaupt existieren. GERDA sucht nach Neutrinos, indem es die elektrische Aktivität in reinen Germaniumkristallen überwacht, die tief unter einem Berg in Italien isoliert sind. Wissenschaftler, die mit GERDA zusammenarbeiten, hoffen, eine sehr seltene Art des radioaktiven Zerfalls zu finden. Als der Urknall unser Universum hervorbrachte (vor 13,7 Milliarden Jahren), hätte sich eine gleiche Menge Materie und Antimaterie bilden müssen. Und wenn Materie und Antimaterie kollidieren, zerstören sie sich gegenseitig und hinterlassen nichts als reine Energie. Woher kommen wir also? Wenn Wissenschaftler diese Anzeichen des Zerfalls erkennen können, würde dies bedeuten, dass das Neutrino gleichzeitig ein Teilchen und ein Antiteilchen ist. Natürlich wird eine solche Erklärung die meisten Fragen, die uns interessieren, beseitigen.
SNOLAB
Das kanadische Sudbury Neutrino Observatory (SNO) ist etwa zwei Kilometer unter der Erde begraben. Die SNO + -Division untersucht Neutrinos von der Erde, der Sonne und sogar von Supernovae. Das Herzstück des Labors ist eine riesige Plastikkugel, die mit 800 Tonnen einer speziellen Flüssigkeit gefüllt ist, die als Flüssigkeitsszintillator bezeichnet wird. Die Kugel ist von einer Wasserhülle umgeben und wird von Seilen festgehalten. Das Ganze wird von einer Reihe von 10.000 extrem empfindlichen Lichtdetektoren gesteuert, die als Fotovervielfacherröhren (PMTs) bezeichnet werden. Wenn Neutrinos mit anderen Partikeln im Detektor interagieren, leuchtet der Flüssigkeitsszintillator auf und das PMT liest die Daten. Dank des ursprünglichen SNO-Detektors wissen Wissenschaftler jetzt, dass mindestens drei verschiedene Arten oder "Aromen" von Neutrinos durch die Raumzeit hin und her transportiert werden können.
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Eiswürfel
Und dies ist der größte Neutrino-Detektor der Welt. IceCube am Südpol verwendet 5.160 Sensoren, die über eine Milliarde Tonnen Eis verteilt sind. Ziel ist es, energiereiche Neutrinos aus extrem gewalttätigen kosmischen Quellen wie explodierenden Sternen, Schwarzen Löchern und Neutronensternen zu gewinnen. Wenn Neutrinos im Eis in Wassermoleküle einschlagen, setzen sie energiereiche Eruptionen subatomarer Partikel frei, die sich über mehrere Kilometer erstrecken können. Diese Teilchen bewegen sich so schnell, dass sie einen kurzen Lichtkegel emittieren, den Cherenkov-Kegel. Wissenschaftler hoffen, die erhaltenen Informationen nutzen zu können, um den Weg der Neutrinos zu rekonstruieren und ihre Quelle zu bestimmen.
Daya Bucht
Das Neutrinoexperiment findet in drei riesigen Hallen gleichzeitig statt, die in den Hügeln von Daya Bay, China, begraben sind. Sechs zylindrische Detektoren mit jeweils 20 Tonnen Flüssigszintillator sind in Hallen zusammengefasst und von 1000 PMTs umgeben. Sie ertrinken in Pools mit sauberem Wasser und blockieren die umgebende Strahlung. Eine nahe gelegene Gruppe von sechs Kernreaktoren produziert jede Sekunde Millionen Billiarden harmloser elektronischer Antineutrinos. Dieser Antineutrino-Strom interagiert mit einem flüssigen Szintillator und sendet kurze Lichtblitze aus, die vom PMT aufgenommen werden. Daya Bay wurde gebaut, um Neutrinoschwingungen zu untersuchen.
