21.10.2011
Rätsel für Physiker
Was macht Neutrinos so rasend schnell?
Von Holger Dambeck
Neutrino-Pfad von Genf zum Gran-Sasso-Massiv: Gravierender Verstoß gegen Tempolimit
Berlin - Vor nicht einmal vier Wochen sorgte eine Geschwindigkeitsmessung für große Aufregung in der Physikergemeinde. Neutrinos könnten sich minimal schneller bewegen als Licht, berichteten Wissenschaftler des internationalen Opera-Projekts. Dies hätten Messungen von Neutrinos ergeben, die vom Forschungszentrum Cern in Genf unterirdisch ins 730 Kilometer entfernte Gran-Sasso-Massiv nahe Rom gerast waren.
Die Publikation grenzte fast schon an Gotteslästerung. Schließlich gilt die Lichtgeschwindigkeit seit Albert Einsteins Relativitätstheorie als größtmögliche Geschwindigkeit im Universum. Und alle bisherigen Experimente hatten dies bestätigt. Warum sollte das bei den nun vermessenen Neutrinos anders sein?
Eine plausible Erklärung für das Überschreiten des kosmischen Geschwindigkeitslimits hatten die Forscher des Opera-Experiments nicht parat. Doch inzwischen haben Physiker aus der ganzen Welt Dutzende Theorien dafür entwickelt und auf der Plattform arxiv.org hochgeladen. Mehr als 50 Fachartikel sind bereits zusammengekommen - und es werden täglich mehr. Die Aussicht, ein scheinbar widersinniges Messergebnis aufklären zu können, treibt die Forscher an.
Dass es sich schlechterdings um Messfehler handeln könnte, glauben die Experimentatoren schon selbst ausgeschlossen zu haben. In den nun publizierten Erklärungen für die Überlichtgeschwindigkeit geht es daher in der Regel um bislang unbewiesene Theorien für das Phänomen.
Argyris Nicolaidis von der Universität Thessaloniki versucht es mit Stringtheorie. Weil es demnach noch mehr als die uns bekannten vier Dimensionen gibt, könnten die Neutrinos Abkürzungen in der Raumzeit genommen haben. Der Grieche schlägt sogar weitere Messungen vor, um den zusätzlichen, für uns Menschen kaum vorstellbaren Dimensionen auf die Spur zu kommen.
Neue Chance für Äthertheorie?
In eine andere Richtung geht ein Aufsatz des Holländers Frans Klinkhamer. Nach seinem Modell erreicht ein Teil der Neutrinos Überlichtgeschwindigkeit , der andere hingegen nicht. Laut dem Standardmodell der Teilchenphysik gibt es drei verschiedene Arten des Elementarteilchens: Elektron-Neutrino, das Myon-Neutrino und Tau-Neutrino. Myon-Neutrinos könnten laut Klinkhamer tatsächlich schneller als das Licht unterwegs sein, Elektron-Neutrinos hingegen nicht.
Fast schon esoterisch im Vergleich dazu wirkt die Erklärung des Franzosen Thierry Delort. Wenn die Messungen stimmten, dann sei Einsteins Relativitätstheorie falsch, schreibt der Forscher. Die einzige Alternative zur Speziellen Relativitätstheorie sei eine moderne Äthertheorie.
Die Idee des Franzosen ist nicht neu. Ende des 19. Jahrhunderts waren nicht wenige Physiker der Meinung, dass der Raum des Universums mit Äther gefüllt ist, einer Art Medium für das Licht. Schallwellen benötigen als Medium Luft oder Wasser, um sich auszubreiten. Der Lichtäther müsse ganz ähnlich funktionieren, argumentierte man damals. Doch das sogenannte Michelson-Morley-Experiment von 1887 widerlegte die Äthertheorie. 1905 legte Einstein die Spezielle Relativitätstheorie vor - das Konstrukt Äther schien endgültig obsolet. Delort führt es nun wieder ein.
Zweifel am Experiment bleiben
Es gibt aber auch Wissenschaftler, die die Messergebnisse schlicht für falsch halten. Sie berufen sich dabei auf das Standardmodell der Teilchenphysik, das in vielen Bereichen als gesichert und experimentell bewiesen gilt. Die größten Probleme bereitet die Frage, was Materie Masse verleiht. Das postulierte Higgs-Boson wurde bislang nicht nachgewiesen, womöglich ergeben die Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC in Genf ja auch Hinweise auf einen ganz anderen Mechanismus.
Der Theoretiker Matthew Strassler schreibt in seinem Blog, dass laut Standardmodell auch Elektronen schneller als das Licht sein müssen, wenn Neutrinos Überlichtgeschwindigkeit erreichen. In Experimenten habe man dies jedoch niemals beobachten können.
Der Nobelpreisträger Sheldon Glashow rechnet in seinem Paper vor, dass ein Neutrino mit Überlichtgeschwindigkeit über die sogenannte Bremsstrahlung sehr schnell Energie verlieren würde. Deshalb könne es, so argumentiert der Forscher, diese hohe Geschwindigkeit auch nicht beibehalten. Auf dem Weg des Neutrinos würden nämlich immer wieder Elektronen-Positronen-Paare entstehen. Diese sogenannte Cohen-Glashow-Emission würde letztlich dazu führen, dass die Neutrinos sich immer langsamer bewegen - Überlichtgeschwindigkeit über Hunderte Kilometer ausgeschlossen.
Auf eine belastbare Erklärung müssen die Physiker aber zunächst weiter warten. Gewissheit werden letztlich wohl nur weitere Experimente bringen. Entweder wird das Phänomen dabei bestätigt, oder aber es erweist sich als großer Irrtum.
