Rekord-Neutrino aus der Tiefsee: Ein Blick in die kosmischen Geheimnisse

SIZILIEN / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – In den Tiefen des Mittelmeers, vor der Küste Siziliens, entsteht ein wissenschaftliches Wunderwerk: das Neutrinoobservatorium KM3NeT. Noch bevor es vollständig in Betrieb genommen wurde, hat es bereits ein Neutrino mit der höchsten je gemessenen Energie registriert. Diese Entdeckung könnte die Art und Weise, wie wir das Universum verstehen, grundlegend verändern.

Das Neutrinoobservatorium KM3NeT, das derzeit vor der Küste Siziliens im Mittelmeer aufgebaut wird, hat bereits vor seiner Fertigstellung einen bedeutenden wissenschaftlichen Meilenstein erreicht. Am 13. Februar 2023 registrierten die Detektoren ein Neutrino mit einer Energie von rund 220 Petaelektronenvolt. Diese Energie übertrifft die Kapazitäten der größten Teilchenbeschleuniger auf der Erde um das 10.000-fache und stellt einen neuen Rekord in der Neutrinoastronomie dar.

Neutrinos, oft als “Geisterteilchen” bezeichnet, sind nahezu masselos und interagieren kaum mit gewöhnlicher Materie, was ihre Detektion äußerst schwierig macht. Sie entstehen in Kernreaktionen, wie dem Zerfall radioaktiver Elemente und bei Kernfusionsprozessen in Sternen. Besonders hochenergetische Neutrinos stammen aus den spektakulärsten astrophysikalischen Prozessen, wie Supernova-Explosionen oder der Zerstörung von Sternen durch Schwarze Löcher.

Der ARCA-Detektor des KM3NeT-Projekts, der in 3450 Metern Tiefe am Meeresgrund verankert ist, soll nach seiner Fertigstellung ein Beobachtungsvolumen von einem Kubikkilometer Meerwasser umfassen. Die Detektion erfolgt über optische Sensoren, die an langen Strängen befestigt sind und das von Neutrinos erzeugte Tscherenkow-Licht auffangen. Dieses Licht ermöglicht Rückschlüsse auf die Energie und Richtung der Neutrinos.

Die Entdeckung des hochenergetischen Neutrinos wirft neue Fragen zur Herkunft solcher Teilchen auf. Während das antarktische Neutrinoobservatorium IceCube 2018 Blazare als mögliche Quellen identifizierte, konnte die KM3NeT-Kollaboration keine eindeutige Quelle für ihr Rekord-Neutrino bestimmen. Die Unsicherheit bei der Richtungsbestimmung liegt derzeit bei 1,5 Grad, könnte jedoch durch zukünftige Messkampagnen auf 0,12 Grad reduziert werden.

Eine alternative Theorie zur Entstehung des Neutrinos ist die Wechselwirkung von hochenergetischer kosmischer Strahlung mit Photonen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung. Diese Hypothese könnte neue Einblicke in die Mechanismen kosmischer Teilchenbeschleuniger bieten und die Forschung in der Neutrinoastronomie maßgeblich vorantreiben.

Der Fund des Neutrinos mit der Bezeichnung KM3-230213A wird die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch in Zukunft beschäftigen. Erst der reguläre Betrieb des ARCA-Detektors wird es ermöglichen, die Unsicherheiten bei der Bestimmung von Teilchenenergien und -richtungen zu verringern und weitere Erkenntnisse über die Herkunft solcher hochenergetischen Neutrinos zu gewinnen.

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