Weil Neutrinos kaum mit anderer Materie wechselwirken, sind sie nur schwer nachzuweisen. Dennoch durchströmen Milliarden dieser unsichtbaren, fast masselosen Teilchen in jeder Sekunde unseren Körper – und das mit annähernd Lichtgeschwindigkeit. Die Neutrinos entstehen unter anderem beim radioaktiven Zerfall, aber auch bei der Supernova massereicher Sterne und in unserer Sonne. Dass es die theoretisch schon länger vorhergesagten Neutrinos tatsächlich gibt, entdeckten Forscher erst 1956 bei Messungen an einem Atomreaktor. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik existieren gleich drei Sorten dieser rätselhaften Elementarteilchen: Die Elektron-Neutrinos, die beispielsweise beim radioaktiven Zerfall vorkommen und auch von der Sonne ausgehen, sowie die Myon- und die Tau-Neutrinos. Das Seltsame aber: Als Forscher ermittelten, wie viele Elektron-Neutrinos von der Sonne bei uns ankommen, stimmten die Zahlen nicht mit den Modellen überein – es waren viel zu wenige. Wo aber waren die restlichen geblieben? Eine Antwort auf diese Frage haben die diesjährigen Nobelpreisträger geliefert.
Verräterische Lichtblitze
Das Problem der fehlenden Sonnen-Neutrinos lösten Arthur McDonald und sein Team vom Sudbury Neutrino Observatory (SNO) im kanadischen Bundesstaat Ontario im Jahr 2001. Der Detektor besteht aus einem 2.000 Meter tief unter der Erdoberfläche liegenden Tank mit schwerem Wasser. Trifft ein Neutrino auf eines dieser Deuterium-Atome, wird ein Elektron frei, das eine bläuliche Leuchtspur hinterlässt, die sogenannte Tscherenkow-Strahlung. Auch dieser Detektor registrierte zunächst einen Mangel an Sonnen-Neutrinos: Statt der erwarteten zehn Elektron-Neutrinos pro Tag registrierte er nur drei. Aber da ist noch etwas: Das Sudbury Neutrino Observatory registriert gleichzeitig auch Hinweise darauf, dass Neutrinos der anderen beiden Typen eintreffen – und insgesamt stimmt ihre Zahl verblüffend genau mit dem von der Sonne erwartetem Einstrom überein. Nach Ansicht von McDonald und seinen Kollegen lässt dies nur einen Schluss zu: “Wir gehen davon aus, dass die Diskrepanz durch Veränderungen in den Neutrinos selbst ausgelöst wird”, erklärt Arthur McDonald im Juni 2001 die Ergebnisse. Offenbar, so sind sich die Forscher einig, wechseln die Sonnen-Neutrinos auf ihrem Weg zur Erde ihre Identität. Aus einigen Elektron-Neutrinos werden Myon- oder Tau-Neutrinos.
Zur gleichen Zeit waren auch Takaaki Kajita und sein Team vom Neutrino-Detektor Super-Kamiokande in Japan diesen Chamäleons unter den Elementarteilchen auf der Spur. Dieser Detektor steht ebenfalls rund 1.000 Meter unter der Erdoberfläche und misst eintreffende Neutrinos anhand ihrer Leuchtspuren. Dabei registriert er vor allem Myon-Neutrinos der kosmischen Strahlung, die sowohl von oben als auch von unten nach einer Passage durch die Erde in den Tank treffen. Das Seltsame daran: Weil die Erde für die Neutrinos kein Hindernis darstellt, müsste der Detektor eigentlich genauso viele von oben wie von unten eintreffende Teilchen registrieren – doch das tut er nicht. Und auch hier lieferte die Neutrino-Oszillation eine Erklärung: Weil der Weg der Neutrinos durch den Erdball länger ist, haben sie mehr Zeit, um ihre Identität im Flug zu ändern.
