Kosmische Spurensuche - MPP Theory Group - Max-Planck ...

Abb. 13: Alle normale Materie ist aus Quarksund Elektronen aufgebaut. (Grafik: CERN)Ein Neutrino entsteht beispielsweise,wenn ein Elektron seine Ladung an einProton abgibt, das dann zum Neutronwird. Das vormalige Elektron fliegt alsNeutrino weiter. Solche Prozesse findenetwa in der Sonne statt, wenn vier Protonenund zwei Elektronen zu einem Heliumkern(zwei Protonen, zwei Neutronen)verschmelzen. Bei diesen Fusionsreaktionenwird Energie frei, und es entstehenauch zwei Neutrinos. Auf dieseWeise erzeugt die Sonne ihre Energie,und deshalb leuchtet sie auch im „Neutrinolicht“,das uns direkt aus ihrem Zentralbereicherreicht (Abb. 11a).û Borexino/LENA S. 50Es ist ein bisher unerklärtes Rätsel derElementarteilchenphysik, dass es nebendieser vierköpfigen Teilchenfamilie nochzwei weitere Familien gibt. Deren Mitgliederhaben größere Massen. Andersals ihre Verwandten aus der ersten Familiebilden sie aber keine stabile Materie.Man kann im Labor lediglich kurzlebigeMaterie herstellen, die teilweise aushöheren Familien besteht (Abb. 14).16Das mittelschwere Pendant des Elektrons,das Myon, wurde zuerst in der kosmischenStrahlung nachgewiesen. DasTauon oder Tau-Lepton wurde bei Experimentenin Teilchenbeschleunigern entdeckt;es ist fast doppelt so schwer wieein Wasserstoffatom.Jede dieser drei Familien besitzt auch einNeutrino. Gibt etwa ein Myon seineLadung an ein Proton ab, das dann zumNeutron wird, so fliegt es als Myon-Neutrinoweiter. Allerdings, und das kennzeichnetNeutrinos, ändern sie unterwegsihre Familienzugehörigkeit. Bei derumgekehrten Reaktion kann das Neutrinoals Elektron auferstehen, das seineReise ursprünglich als Myon begonnenhatte. Neutrinos können periodisch ihreFamilienzugehörigkeit wechseln, weshalbman von Neutrinooszillationenspricht.Diese Eigenschaft löste das so genannteSonnenneutrino-Rätsel. Es bestand darin,dass man wesentlich wenigerElektron-Neutrinos von der Sonne registrierteals es die Sonnenmodelle vorhersagten(Abb. 15). Der Grund besteht darin,dass die Neutrinos auf dem Weg von derSonne zur Erde ihre Familienzugehörigkeitwechseln, das heißt ein Teil derElektron-Neutrinos wandelte sich inMyon- und Tau-Neutrinos um. Sie fehltenalso nur scheinbar im erwartetenFluss der Elektron-Neutrinos.Heute sind diese Oszillationen in vielfältigerWeise nachgewiesen. So treten sieganz deutlich bei Neutrinos auf, die alsSekundärprodukte bei Kollisionen derkosmischen Strahlungsteilchen mitAtomkernen in der Erdatmosphäre entstehen.Neutrinooszillationen kann es aber nurgeben, wenn diese Teilchen nicht verschwindendeRuhemassen besitzen. Erstder Nachweis von Oszillationen in densolaren und atmosphärischen Neutrinoflüssensowie mittlerweile in irdischenExperimenten bewies, dass Neutrinosnicht, wie früher gedacht, masselos sind,etwa wie Photonen. Ihre winzigen Massenwerteund großen Familienmischungenwerfen aber neue Rätsel auf, weil siein theoretischen Ansätzen zur Erklärungvon Neutrinomassen nicht erwartet wurden.Die genauere Untersuchung derOszillationen zwischen den drei Familienin neuen Experimenten und ein fundamentalestheoretisches Verständnis desUrsprungs der Neutrinomassen ist einHauptanliegen der modernen Neutrinophysik.û Theoretische Neutrinophysik S. 40û Double Chooz S.46