Eine internationale Gruppe von Forschern hat mithilfe des KamLAND-Neutrinodetektors in Japan erstmals die Energie von Neutrinos bestimmt, die durch radioaktive Zerfälle von Atomen im Innern der Erde entstanden sind. Das ermöglichte es den Wissenschaftlern, die durch die Radioaktivität freigesetzte Wärmemenge abzuschätzen. Auf diese Weise wollen die Forscher mehr über die Konvektionsströmungen des Erdmantels erfahren.
Der KamLand-Detektor besteht im Wesentlichen aus einem Ballon mit etwa 13 Metern Durchmesser, der sich in einer Tiefe von etwa einem Kilometer unterhalb der Erdoberfläche befindet und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Wenn Neutrinos oder deren Antiteilchen durch die Flüssigkeit hindurch fliegen, so können sie durch die Kollision mit einem Atom eine Kernreaktion in Gang setzen, die sich durch einen Blitz bemerkbar macht.
Die Helligkeit dieser Blitze erlaubte es den Wissenschaftlern nun, die Energie der sie verursachenden Neutrinos zu bestimmen. Auf diese Weise konnten Elektron-Antineutrinos nachgewiesen werden, die durch den radioaktiven Betazerfall von Uran-238 und Thorium-232 im Erdmantel erzeugt worden waren.
Da Neutrinos keine elektromagnetischen Wechselwirkungen mit gewöhnlicher Materie eingehen und zudem eine extrem kleine Masse aufweisen, konnten die Forscher nur etwa ein im Erdinnern erzeugtes Neutrino pro Monat nachweisen. Dennoch reichte dies aus, um die durch den radiaktiven Zerfall von Uran und Thorium erzeugte Wärme im Erdmantel abzuschätzen.
Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse zu einem erweiterten Verständnis der Plattentektonik beitragen werden. Ein weiteres Ziel dieser Forschung ist es herauszufinden, ob sich künstlich erzeugte Neutrinostrahlen für die Erforschung der Struktur des Erdballs eignen.
Nature, Band 436, Seite 499
Stefan Maier
