Neutrinos auf der Reise zum Mittelpunkt der Erde

Ein Physiker vom Institute for Advanced Study in Princeton glaubt, mit Neutrinostrahlen die Dichte des Eisenkerns unserer Erde bestimmen zu können. Dazu soll ein Neutrinostrahl von einem Teilchenbeschleuniger senkrecht in die Erde hinabgeschickt und auf der anderen Seite der Erdkugel von einem Detektor analysiert werden. Das berichtet Walter Winter in einer Veröffentlichung auf dem Los Alamos Preprint-Server.

Teilchenphysiker haben schon vor mehreren Jahren herausgefunden, dass sich die drei in der Natur vorkommenden Arten von Neutrinos ? Elektron, Mu- und Tau-Neutrinos ? ineinander umwandeln können. Diese als “Oszillationen” bezeichneten Umwandlungen suggerieren, dass Neutrinos nicht wie früher vermutet masselos sind, sondern eine winzig kleine Masse besitzen.

Winter will nun eine weitere Besonderheit der Neutrinoumwandlungen für eine interessante Anwendung in der Geophysik ausnutzen: Die Rate, mit der sich Neutrinos von einer Sorte in eine andere umwandeln, wird nämlich von der Dichte der Elektronen der Masse bestimmt, die die Neutrinos gerade durchqueren. Da die Elektronendichte der gewöhnlichen Dichte proportional ist, lässt sich auf diese Weise die Dichte eines nur schwer zugänglichen Stoffs bestimmen.

Bevor dieses Verfahren zur Bestimmung der Dichte des Erdkerns praktisch eingesetzt werden kann, ist allerdings noch eine Vielzahl von Hürden zu überwinden. Zum einen wird es wohl sehr schwierig sein, einen von Teilchenkollisionen erzeugten Neutrinostrahl senkrecht in den Erdboden zu schicken. Zum anderen ist der Nachweis von Neutrinos ungemein schwer ? dazu sind in der Regel gewaltige Detektoren aus mehreren Tausend Tonnen Wasser oder anderer flüssiger Substanzen nötig.

Stefan Maier