Die Geschichte der Materie

Tau Neutrinos

Im April 1997 wurde, aus den Millionen Detektorendaten des "Dount" Experiments in Fermilab bei Chicago,  zum ersten mal das Tau - Neutrino entdeckt. Es dauerte 3 Jahre, bis sich das Forscherteam seiner Deutung sicher genug war um sie der Öffentlichkeit im Juli 2000 zu präsentieren. Es war das letzte der zwölf Teilchen aus dem alle Materie besteht. (siehe Grafik)
Dieser Fund ist umso bedeutender wenn man weiß, dass Neutrinos sich nicht wie andere geladene Teilchen von Magnetfeldern ablenken oder massenreiche Teilchen durch Beton abbremsen. Neutrinos sind Teilchen ohne Eigenschaften, die Hindernisse dieser Art gänzlich unverändert passieren. So konnten die Forscher mit Hilfe von Betonplatten und Magnetfeldern den Teilchenstrahl lediglich von Neutronen, Myonen und sonstigen Teilchen säubern, um die übrig bleibenden Tau - Neutrinos nach zuweisen. Doch auch dieses erwies sich als überaus schwierig, da sie auch die Messgeräte durchdringen. Eine Chance zum Nachweis gelingt nur wenn wenigstens einige wenige in einem Detektor stecken bleiben. Und genau dies ist den Physikern im "Dount" Experiment gelungen.
Dieses Experiment bestätigt das Theoretische Formelgebäude, das die Physiker vor 25 Jahren vollendeten. Ihre mathematischen Gleichungen erklärten sämtliche bekannten Phänomene der Teilchenphysik. Eine ihrer Schlussfolgerungen
-Alle Materie besteht aus nicht mehr als zwölf elementaren Bestandteilen -
Eben jene zwölf deren letztes (Tau-Neutrinos) jetzt gefunden wurde.

Als die Physiker in den fünfziger Jahren begannen, die Materie in Beschleuniger zu zertrümmern, stießen sie zunächst auf einen unübersichtlichen Teilchenzoo aus Hunderten von Teilchen. Erst mit Hilfe des vor 25 Jahren entwickelten Standardmodells gelang es ihnen, diese Teilchen in einem einfachen Schema zu ordnen.
Nach dem Standardmodel gibt es nur zwei Arten von Teilchen - Quarks und Leptonen die sich in drei Teilchenfamilien aufteilen lassen. Alle normale Materie besteht aus den Teilchen der Familie niedrigster Energie. Nur in Teilchenbeschleuniger oder in hochenergetischer kosmischer Strahlung existieren auch Teilchen der beiden Familien höherer Energien. Mitglieder dieser Familien sind je 2 Quarks, ein Elektron und ein zugehöriges Neutrino. Protonen und Neutronen bestehen aus Up- und Down-Quarks, die sich wiederum zu Atomkernen zusammensetzen. Die Atomhülle besteht aus Elektronen. Neutrinos sind frei umherschwirrende Teilchen, die bei radioaktiven zerfall entstehen.
Mit den Teilchenbeschleuniger in Fermilab in Batavia bei Chicago ist es Physikern gelungen, das letzte der zwölf Materienteilchen - das Tau-Neutrino - nachzuweisen.

Diese Neutrinos bevölkern das All weitaus zahlreicher als alle andere Teilchen und zählen somit zu der unbekannten Größe der Dunkelmaterie. Doch, da Planeten und Sterne für die eigenartigen Geisterteilchen durchlässiger sind als Glas für das Licht, schwirren sie umher, fast ohne Spuren ihrer Existenz zu hinterlassen.
Mit dem Projekt "Poltergeist" begann in der fünfziger Jahren die Ära der experimentellen Neutrino - Physik. Die Münchener Physiker behaupten, dass die Neutrinos am Ende der zwanzigsten Jahrhunderts eine Hauptrolle in der modernen Wissenschaft übernehmen. Eine weitere Erkenntnis soll das Experiment "Minos" mit dem US - Teilchenbeschleuniger Fermilab aufzeigen. Dieses Vorhaben soll unter anderem das Phänomen untersuchen, welches Neutrinos regelrecht zu Verwandlungskünstler erscheinen lässt. Es scheint als änderten sie von Zeit zu Zeit ihre Identität - aus einem Myon- wird ein Tau-, aus einem Elektron- ein Myon-Neutrino. Der kalifornische Teilchenphysiker Joel Primack bewies vor 2 Jahren mit dem japanischen Detektor "Super - Kamiokande" diese rätselhaften Vorgänge. Die Neutrinos waren dort, in einen kathedralengroßen, unterirdischen Tank gemessen worden, in den die Forscher 50.000 Tonnen Wasser gepumpt hatten. Um besser zu verstehen, wie sich die drei Teilchentypen ineinander verwandeln, soll in dem "Minos" Experiment ein Neutrino - Strahl in die Erde gerichtet werden. 730 Kilometer von Fermilab, soll er in einer alten Mine auf 486 Stahlplatten von je 8 Meter Durchmesser treffen. Würden sich die Umwandlungsprozesse bestätigen, wäre das eine Sensation.
Im Standardmodell der Formeln vor 25 Jahren hatte dieser Verwandlungsprozess der Neutrinos keinen Platz, hier versagt die Theorie der Berechnungen. So erfolgreich das Formelwerk bisher auch gewesen sein mag, es kann unmöglich die letzte aller Antworten sein.
Warum gibt es fast nur Materie, jedoch keine Antimaterie im All ?
Wieso haben Teilchen überhaupt eine Masse ?
Vor allem aber: Wieso gibt es überhaupt vier verschiedene Kräfte in der Natur, und warum will sich eine von ihnen, nämlich die Schwerkraft, nicht in das Formelwerk der anderen einfügen ? 
Siehe mein Artikel: Philosophie der Schöpfung
All diese Fragen vermag das Standardmodell nicht zu beantworten. Schon deshalb sind die Physiker davon überzeugt, dass irgendwann an die Grenzen ihres Wissens stoßen - und das sich ihnen dann eine neue, noch tiefere Wahrheit erschließen wird. 

Bild- und Textquelle: Auszug aus dem Nachrichtenmagazin "Der Spiegel" Ausgabe Nr. 31 vom                               31.07.2000 -Geisterjagt im Tunnel- von Johann Grolle


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