Neutrinos sind überall, aber nur schwer nachzuweisen. Denn diese fast masselosen Elementarteilchen wechselwirken kaum mit Materie. Sie entstehen bei radioaktiven Kernzerfällen, bei der Kernfusion in Sternen, aber auch bei energiereichen kosmischen Explosionen, wie beispielsweise der Supernova eines Sterns. Eine einzige solche Kernkollaps-Supernova kann die enorme Menge von 1058 Neutrinos aller Sorten freisetzen.
Fahndung nach uralten Supernova-Neutrinos
Astrophysiker vermuten, dass das gesamte Universum von einem diffusen Supernova-Neutrino-Hintergrund (Diffuse Supernova Neutrino Background, DSNB) erfüllt ist. Dieses kosmische Grundrauschen müsste Neutrinos nahezu aller Sternexplosionen seit dem Urknall enthalten – und könnte daher viel über die Geschichte unseres Universums verraten. Modellen zufolge haben diese teils uralten Supernova-Neutrinos heute noch Energien zwischen einem und einigen Dutzend Megaelektronenvolt.
Seit dem Urknall haben Sternexplosionen immer wieder Neutrinos freigesetzt. Diese müssten heute noch als diffuser Supernova-Neutrino-Hintergrund nachweisbar sein. — © Kamioka Observatory/ Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo
Doch genau das macht es schwer, den bisher nur theoretisch postulierten Neutrino-Hintergrund nachzuweisen. Denn Neutrinos aus nahen Quellen wie der Sonne, den radioaktiven Zerfällen im irdischen Gestein oder aus Atomreaktoren überlagern in diesem Energiebereich das schwache „Flüstern“ der Supernova-Neutrinos. Nur wenige Neutrino-Detektoren weltweit sind ausreichend abgeschirmt und ausgerüstet, um dieses Signal überhaupt identifizieren zu können.
Lichtblitze im Untergrundtank
Einer dieser Neutrino-Detektoren ist der Super-Kamiokande in der japanischen Gifu-Präfektur. Dieses unter tausend Metern Fels gelegene Untergrundobservatorium nutzt einen Tank mit 50.000 Litern ultrareinem Wasser als Fahndungshilfe. Kollidiert ein Neutrino in diesem Tank mit einem Wassermolekül, entstehen sekundäre Teilchen und ein schwacher Lichtblitz, den rund 13.000 Photosensoren in den Wänden des Detektortanks registrieren.
Ein Team um Hiroyuki Sekiya von der Super-Kamiokande-Kollaboration hat nun Daten von 5000 Beobachtungstagen dieses Neutrino-Detektors ausgewertet, um nach Spuren des Supernova-Neutrino-Hintergrunds zu suchen. Die Daten stammen teilweise von Messungen mit reinem Wasser im Detektortank und teilweise von einer verbesserten, sensitiveren Messphase, in der dem Wasser Gadolinium zugesetzt wurde.
