Wissenschaftler glauben, dass Neutrinos oder „Geisterteilchen“, wie sie genannt werden, dazu beigetragen haben könnten, die frühesten Regeln der Materie zu schreiben.
Unter einem Granithügel im Süden Chinas ist ein riesiger Detektor fast fertig, der das Geheimnis aufspüren soll Geisterpartikel lauert um uns herum.
Das unterirdische Neutrino-Observatorium Jiangmen wird bald mit der schwierigen Aufgabe beginnen, Neutrinos zu entdecken: winzige kosmische Teilchen mit einer unglaublich kleinen Masse.
Der Detektor ist einer von drei Detektoren, die weltweit gebaut werden, um diese schwer fassbaren Geisterteilchen bis ins kleinste Detail zu untersuchen. Die anderen beiden mit Sitz in den USA und Japan befinden sich noch im Aufbau.
Das Ausspionieren von Neutrinos ist keine leichte Aufgabe, um zu verstehen, wie das Universum entstanden ist.
Die chinesischen Bemühungen, die nächstes Jahr online gehen sollen, werden die Technologie an neue Grenzen bringen, sagte Andre de Gouvea, ein theoretischer Physiker an der Northwestern University, der nicht an dem Projekt beteiligt ist.
„Wenn ihnen das gelingt“, sagte er, „wäre das großartig.“
Was sind Neutrinos?
Neutrinos stammen aus dem Urknall, und jede Sekunde rasen Billionen durch unseren Körper. Sie spucken von Sternen wie der Sonne aus und strömen aus, wenn Atomteile in einem Teilchenbeschleuniger kollidieren.
Wissenschaftler wissen seit fast einem Jahrhundert von der Existenz von Neutrinos, aber sie befinden sich noch im Anfangsstadium, um herauszufinden, was die Teilchen wirklich sind.
„Es ist das am wenigsten verstandene Teilchen unserer Welt“, sagte Cao Jun, der bei der Verwaltung des als JUNO bekannten Detektors hilft. „Deshalb müssen wir es untersuchen.“
Es gibt keine Möglichkeit, die winzigen Neutrinos zu erkennen, die von alleine herumflitzen. Stattdessen messen Wissenschaftler, was passiert, wenn sie mit anderen Materieteilen kollidieren und dabei Lichtblitze oder geladene Teilchen erzeugen.
Da Neutrinos nur sehr selten mit anderen Teilchen zusammenstoßen, müssen Physiker große Anstrengungen unternehmen, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu erhöhen.
„Die Lösung für die Messung dieser Neutrinos besteht darin, sehr, sehr große Detektoren zu bauen“, sagte de Gouvea.
Ein großer Detektor zur Messung kleinster Partikel
Der Bau des 300 Millionen Dollar (285 Millionen Euro) teuren Detektors in Kaiping, China, dauerte über neun Jahre. Seine Lage 2.297 Fuß (700 Meter) unter der Erde schützt es vor lästigen kosmischen Strahlen und Strahlung, die seine Fähigkeit zum Neutrino-Schnüffeln beeinträchtigen könnten.
Am Mittwoch begannen die Arbeiter mit dem letzten Bauschritt. Schließlich füllen sie den kugelförmigen Detektor mit einer Flüssigkeit, die beim Durchgang von Neutrinos Licht emittieren soll, und tauchen das Ganze in gereinigtes Wasser.
Es werden Antineutrinos – das Gegenteil von Neutrinos, die es Wissenschaftlern ermöglichen, ihr Verhalten zu verstehen – untersucht, die bei Kollisionen in zwei über 50 km entfernten Kernkraftwerken entstehen.
Wenn die Antineutrinos mit Partikeln im Inneren des Detektors in Kontakt kommen, erzeugen sie einen Lichtblitz.
Der Detektor soll eine Schlüsselfrage zu einem seit langem bestehenden Rätsel beantworten. Neutrinos wechseln auf ihrem Flug durch den Weltraum zwischen drei Geschmacksrichtungen, und Wissenschaftler möchten sie von der leichtesten zur schwersten einordnen.
Diese subtilen Veränderungen in den bereits ausweichenden Teilchen zu erkennen, wird eine Herausforderung sein, sagte Kate Scholberg, eine Physikerin an der Duke University, die nicht an dem Projekt beteiligt ist.
„Es ist tatsächlich eine sehr gewagte Sache, es überhaupt in Angriff zu nehmen“, sagte sie.
Chinas Detektor soll in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres in Betrieb gehen. Danach wird es einige Zeit dauern, die Daten zu sammeln und zu analysieren – die Wissenschaftler müssen also weiter warten, um das geheime Leben der Neutrinos vollständig aufzudecken.
Zwei ähnliche Neutrinodetektoren – der japanische Hyper-Kamiokande und das Deep Underground Neutrino Experiment in den USA – sind im Bau.
Sie sollen zwischen 2027 und 2031 online gehen und die Ergebnisse des China-Detektors mit unterschiedlichen Ansätzen vergleichen.
„Letztendlich haben wir ein besseres Verständnis der Natur der Physik“, sagte Wang Yifang, Chefwissenschaftler und Projektmanager der chinesischen Initiative.
Verstehen, wie das Universum entstand
Obwohl Neutrinos kaum mit anderen Teilchen interagieren, gibt es sie schon seit Anbeginn der Zeit.
Die Untersuchung dieser Relikte des Urknalls kann Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, wie sich das Universum vor Milliarden von Jahren entwickelte und ausdehnte.
„Sie sind Teil des großen Ganzen“, sagte Scholberg.
Eine Frage, die Forscher hoffen, dass Neutrinos zur Beantwortung beitragen können, ist, warum das Universum zum überwiegenden Teil aus Materie besteht und sein Gegenstück, die sogenannte Antimaterie, weitgehend ausgelöscht ist.
Wissenschaftler wissen nicht, wie die Dinge so aus dem Gleichgewicht geraten konnten, aber sie glauben, dass Neutrinos dazu beigetragen haben könnten, die frühesten Regeln der Materie zu schreiben.
Der Beweis, sagen Wissenschaftler, könnte in den Partikeln liegen. Um das herauszufinden, müssen sie sie fangen.
