Neutrinos aus dem fernen All
Der Durchbruch des Jahres ist gleichzeitig auch die jüngste Entdeckung unter den Top Ten. Denn erst Mitte November 2013 veröffentlichte die IceCube-Kollaboration in „Science” die Nachricht, dass ihr Neutrino-Observatorium in der Antarktis erstmals kosmische Neutrinos nachgewiesen hatte. Der Detektor besteht aus insgesamt 5.160 basketballgroßen optischen Modulen, die über einen Kubikkilometer Eis verteilt sind. Sie sind darauf geeicht, die winzigen Lichtblitze zu registrieren, die entstehen, wenn ein Neutrino mit einem der Atombausteine des Eises kollidiert. Und unter diesen Lichtblitzen waren 28 Ereignisse, die nicht aus der Erdatmosphäre oder von der Sonne kommen konnten, wie die Forscher damals berichteten. Denn die Signale waren zu energiereich. Es musste sich daher um kosmische Neutrinos handeln – Elementarteilchen, die jenseits des Sonnensystems bei extrem energiereichen Ereignissen entstehen wie Supernovae, Gammastrahlenausbrüchen oder in den Jets von Schwarzen Löchern. Der erste Nachweis dieser Teilchen könnte eine neue Ära der Astronomie eröffnen – die Neutrino-Astronomie, so die Ansicht der Physiker.
Birnenförmige Atomkerne und Moleküle aus Licht
Die restlichen neun Durchbrüche der Top Ten der Physik 2013 haben keine Rangfolge, die Reihenfolge ihrer Nennung ist daher rein zufällig. Einer von ihnen ist die am CERN bei Genf gemachte Entdeckung, dass einige Atomkerne nicht rund sind, sondern eine eher birnenförmige Gestalt annehmen können. Die Forscher erzeugten dafür in einem Teilchenbeschleuniger kurzlebige Radium-Isotope, deren Kerne bei Anregung birnenförmig wurden. Dieser Nachweis trägt dazu bei, die im Atomkern wirkende starke Kernkraft besser zu verstehen. Ebenfalls in der Welt der Atome bewegt sich die zweite ausgezeichnete Entdeckung: Physiker unter anderem am Max-Born-Institut in Deutschland gelang es, mit einem neuartigen Quantenmikroskop erstmals Atomorbitale direkt abzubilden.
Im September dieses Jahres gelang US-Forschern das scheinbar Unmögliche: Sie brachten Photonen dazu, eine Art Molekül zu bilden – ein Zustand, in dem beide eng miteinander verbunden sind und wechselwirken. Erreicht wurde dies, indem sie Laserphotonen einzeln hintereinander in eine Wolke aus extrem heruntergekühlten Rubidiumatomen schossen. In der Wolke beeinflussten sich die Photonen gegenseitig – ein für Lichtteilchen völlig untypischer Effekt. Ebenfalls ultrakalt ging es im nächsten Durchbruch zu: Forscher der Universität Innsbruck gelang es, das erste Bose-Einstein-Kondensat allein durch Kühlung der Atome mit Lasern zu erzeugen. Das macht diesen Sonderzustand der Materie weitaus leichter erreichbar und eröffnet damit neue Möglichkeiten der praktischen Anwendung.
