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Mittwoch, 28.09.2016
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Vom Myon zum Tau: Neutrino-Oszillation bestätigt

OPERA-Experiment weist Umwandlung der "Geisterteilchen" offiziell nach

Jetzt ist es amtlich: Physiker haben die Umwandlung von Myon- in Tau-Neutrinos endlich auch offiziell nachgewiesen. Der Neutrino-Detektor im italienischen Gran Sasso registrierte das fünfte Tau-Neutrino seit Beginn der Experiments und erreichte damit die nötige Signifikanz. Das Teilchen war als Myon-Neutrino im 730 Kilometer entfernten CERN gestartet und hatte sich unterwegs durch den als Oszillation bezeichneten Prozess in ein Tau-Neutrino umgewandelt.
Es gibt drei Neutrino-Sorten - und diese können sich buchstäblich im Flug ineinander umwandeln

Es gibt drei Neutrino-Sorten - und diese können sich buchstäblich im Flug ineinander umwandeln

Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik existieren gleich drei Sorten von Neutrinos: Elektron-Neutrinos, Myon- und Tau-Neutrinos. Schon länger ist bekannt, dass sich Neutrinos quasi auf dem Flug von einer in die andere Sorte umwandeln können – sie oszillieren. So kommen die von der Sonne ausgesendeten Elektron-Neutrinos nur zum Teil auch als Elektron-Neutrinos in den irdischen Detektoren an, der Rest wechselte unterwegs den Typ.

Fahndung nach dem Tau-Neutrino


2013 gelang es dann Forschern in Japan, erstmals die Umwandlung von Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos nachzuweisen. Nach einem anderen Umwandlungstyp fahnden dagegen Physiker im OPERA-Experiment: dem Wechsel von Myon zu Tau-Neutrinos. Dafür schicken sie seit 2006 regelmäßig einen Strahl von Myon-Neutrinos 730 Kilometer weit durch die Alpen.

Erzeugt wird der Strahl von Myon-Neutrinos am Forschungszentrum CERN bei Genf. Weil die nahezu masselosen Teilchen kaum mit Materie interagieren, passieren sie problemlos selbst dickes Gestein. Einmal ausgerichtet, fliegen sie unbeirrbar durch die Alpen hindurch bis zu ihrem Ziel, dem Neutrino-Observatorium im italienischen Gran Sasso. Für den 730 Kilometer langen Flug benötigen sie dabei nicht einmal drei Millisekunden.


Die Strecke zwischen dem CERN und dem Neutrino-Observatorium von Gran Sasso ist 730 Kilometer lang

Die Strecke zwischen dem CERN und dem Neutrino-Observatorium von Gran Sasso ist 730 Kilometer lang

Fünfte Umwandlung - fünf Sigma


2010 war es dem Neutrino-Detektor von Gran Sasso erstmals gelungen, in diesem Strahl auch ein Tau-Neutrino zu registrieren. Doch für den offziellen Beweis der Umwandlung von Myon- in Tau-Neutrino war dies noch zu wenig. Auch die nächsten drei Nachweise waren ermutigend, reichten aber nicht aus, um die für eine offizielle Entdeckung nötige Signifikanz von fünf Sigma zu erreichen. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit für einen bloßen Zufall bei weniger als eins zu einer Million liegt.

Jetzt jedoch ist es endlich geschafft: Die Forscher des OPERA-Projekts haben ein fünftes Tau-Neutrino entdeckt und haben endlich die "magische" Schwelle von fünf Sigma erreicht. "Die Entdeckung eines fünften Tau-Neutrinos ist extrem wichtig: Wir können nun definitiv die Entdeckung dieses Neutrinotyps in einem Myon-Neutrino-Strahl berichten", sagte Giovanni De Lellis, Sprecher der Forscherkollaboration.
(CERN, 17.06.2015 - NPO)
 
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