Gerade wurde der Nobelpreis für Physik für die Neutrinoastronomie vergeben, und Francis Halzen, der Vater von IceCube, erhielt den Preis allein.

Die Königliche Schwedische Akademie der Wissenschaften erklärte, dass die Auszeichnung verliehen wird, um Francis Halzens entscheidende Beiträge zum IceCube-Neutrino-Observatorium (IceCube Neutrino Observatory) und seine Entdeckung hochenergetischer Neutrinos aus astrophysikalischen Prozessen zu würdigen.

Er ist der einzige Preisträger des diesjährigen Physik-Nobelpreises.

Francis Halzen legte den Grundstein für eine völlig neue Art der astronomischen Beobachtung. Seine Idee war, das Gletschereis in der Antarktis zu nutzen, um ein extrem schwer nachweisbares Teilchen einzufangen: Neutrinos.

Diese Idee führte schließlich zum IceCube-Neutrino-Observatorium. Mit dieser Einrichtung können Wissenschaftler Neutrinos aus fernen Weiten des Universums verfolgen und so das Universum auf völlig neue Weise beobachten.

Francis Halzen wurde in Belgien geboren, erwarb seinen Master- und Doktorgrad an der heutigen KU Leuven und lehrt seit 1972 an der University of Wisconsin-Madison. Er selbst ist ein Theoretischer Physiker, sein Lehrbuch zur Teilchenphysik „Quarks and Leptons“ wird bis heute an Universitäten weitverbreitet verwendet. Nach seinen eigenen Angaben hatte er ursprünglich nie vor, solche Experimente durchzuführen, und er widmete sich ihnen eher zufällig.

Mitte der 1980er Jahre begann er zusammen mit dem Postdoktoranden Enrique Zas die Möglichkeit zu untersuchen, ein Neutrinoteleskop zu bauen, und seine entscheidende Erkenntnis lautete: Das antarktische Eis selbst kann zur Verfolgung von Neutrinos genutzt werden.

„Geisterteilchen“

Die häufigsten und am schwersten zu fassenden Materieteilchen im Universum

Die Geschichte der Neutrinos begann mit einer „nicht übereinstimmenden Rechnung“. In den 1920er Jahren entdeckten Physiker bei der Untersuchung des Beta-Zerfalls von Atomkernen, dass die Energie der emittierten Elektronen nicht festgelegt ist, immer ein Teil der Energie scheinbar aus dem Nichts „verschwindet“, und der Energieerhaltungssatz schien in Gefahr zu sein.

1930 schlug Pauli eine kühne Lösung vor: Bei dem Zerfall wird auch ein elektrisch ungeladenes Teilchen mit extrem kleiner Masse emittiert, das diesen Teil der Energie unbemerkt mitnimmt.

Einige Jahre später baute Fermi darauf aufbauend die  Theorie des Beta-Zerfalls und nannte dieses Teilchen „neutrino“, was im Italienischen „kleines neutrales Ding“ bedeutet.

Diese Vorhersage musste mehr als zwanzig Jahre warten, bis sie bestätigt wurde. 1956 entdeckten Clyde Cowan und Frederick Reines neben dem Kernreaktor am Savannah River in den USA mithilfe der ständig vom Reaktor erzeugten Antineutrinos, erstmals Neutrinos direkt nach, wofür Reines später 1995 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Danach erkannten die Menschen allmählich, dass es drei Arten von Neutrinos gibt: Elektron-Neutrino, Myon-Neutrino und  Tau-Neutrino. Sie können sich während des Fluges ineinander umwandeln, was als „Neutrino-Oszillation“ bezeichnet wird. Die Existenz der Oszillation bedeutet, dass Neutrinos eine winzige, aber nicht Null betragende Masse haben. Takaaki Kajita und Arthur McDonald erhielten 2015 den Nobelpreis für Physik für diese Entdeckung.

Neutrinos sind die Materieteilchen mit der größten Anzahl im Universum. Allein die Neutrinos, die bei der Kernfusion der Sonne entstehen, durchqueren pro Sekunde etwa 60 Milliarden Stück pro Quadratzentimeter der Erdoberfläche. In diesem Moment durchqueren Billionen von Neutrinos deinen Körper, ohne dass du es merkst. Der Grund dafür ist, dass Neutrinos keine Ladung tragen, nicht an der elektromagnetischen Wechselwirkung und der starken Wechselwirkung teilnehmen und fast nur über die schwache Wechselwirkung mit anderen Materien in Wechselwirkung treten. Für Neutrinos mit niedriger Energie wie Sonnenneutrinos muss man im Durchschnitt ein Blei von etwa einem Lichtjahr Dicke durchqueren, um einmal abgefangen zu werden.

Der Spitzname „Geisterteilchen“ stammt daher.

Warum man das Universum mit Neutrinos beobachten soll

Genau diese