Astrophysiker jagen seltene Teilchen in Grönlands Eis | Polarjournal
Die erste Station des Radio-Neutrino-Observatoriums auf dem grönländischen Eis. Die roten Fahnen markieren unterirdische Antennen, die von Solarmodulen (dunkle Rechtecke) mit Strom versorgt werden. Bild: RNO-G, Cosmin Deaconu

Antarktika ist nicht nur für Touristen, Biologen, Klimaforscher und Glaziologen ein Paradies. Auch Astrophysiker, die den Geheimnissen des Universums auf der Spur sind, finden dort ideale Bedingungen, um Neutrinos, geheimnisvolle Teilchen aus den Tiefen des Kosmos zu jagen. Nun hat ein neues Forschungsprojekt zum Ziel, auch in den eisigen Weiten Grönlands noch energiereichere, dafür seltenere Teilchen aufzuspüren. Vorhang auf für das Radio Neutrino Observatorium in Grönland.

Das RNO-G genannte Projekt ist in seiner Ausdehnung und Art einzigartig und hat Pioniercharakter: Mitten auf dem grönländischen Eisschild, rund um die Summit Station werden 35 Antennenanlagen in hundert Meter Tiefe im Eis versenkt. Jede Station ist 1.25 Kilometer von der anderen entfernt und gemeinsam bilden sie via Mobilfunk ein Netzwerk, das mithilfe von Radiowellen die energiereichen kosmischen Neutrinos, ungeladene und durch sämtliche Materie dringende Elementarteilchen, aufspüren soll. Damit soll nach Angaben der beteiligten Forscherinnen und Forschern das Fenster zum Kosmos weiter geöffnet und mehr über kosmische Strahlungen und Energie erfahren werden. Am Projekt sind mehrere Partner beteiligt und eines davon ist das deutsche Elektronen-Synchotron Forschungszentrum DESY.

Rund um die Summit Station, die mitten auf dem grönländischen Eisschild liegt, soll das Antennenfeld entstehen. Gegenwärtig sind Forscher mit dem Aufbau beschäftigt, der sich aufgrund der Pandemie verzögert hatte. Bild: RNO-G Cosmin Deaconu

Kosmische Strahlung trifft laufend auf unseren Planeten und die Wissenschaft kennt das Phänomen schon lange. Doch die Quellen dieser Strahlung können aufgrund magnetischer Felder im All nicht genau lokalisiert werden. Neutrinos sollen dabei helfen, dieses Geheimnis zu lösen. Doch auch diese Teilchen sind nicht so einfach aufzuspüren. Denn sie durchdringen uns und alles andere auf ihrem Weg praktisch ungehindert. Nur selten kommt es zu einem Aufprall der energiereichen Teilchen auf ein Atom. Doch dieser Aufprall hat es in sich und was folgt, ist eine Lawine von elektrisch geladenen Teilchen, die beschleunigt werden und dabei Radiowellen erzeugen. Und genau diese will das Forschungsteam auffangen. Ein Nachweis kosmischer Strahlung über drei Ecken also. «Der Vorteil von Radiowellen ist, dass Eis für sie ziemlich durchsichtig ist“, erläutert DESY-Physiker Christoph Welling, der zurzeit Teil des Projektteams auf Grönland ist. „Das heisst, wir können Radiosignale über Distanzen von einigen Kilometern entdecken.»

Der bekannteste Neutrino-Detektor steht mitten am Südpol, der IceCube. Mehr als 5’000 Messgeräte liegen einen Kilometer tief im Eis seit mehr als zehn Jahren und sollen Lichtemissionen, die durch einen Neutrinoaufprall entstehen, auffangen. Erst eine Handvoll Treffer wurden bisher registriert. Bild: Felipe Pedreros / NSF

«In der Neutrinoforschung braucht man Geduld»

Professorin Anne Nelles, DESY

Je höher die Energie der Neutrinos, desto stärker das Signal. Aber gleichzeitig sinkt damit die Häufigkeit solcher Ereignisse. Deswegen müssen mehr und vor allem grössere Detektoren geschaffen werden, meint DESY-Forscherin Ilse Plaisier. Gegenwärtig steht der bekannteste Detektor mitten am Südpol und ragt rund ein Kilometer tief ins Eis. Der IceCube, seit 2010 in Betrieb, hat auch schon einige Erfolge aufweisen können und Neutrinos nachgewiesen, die von spektakulären Quellen stammen, beispielsweise von einem zerrissenen Stern. Trotzdem ist die Ausbeute bisher bescheiden. Das RNO-G -Team hofft, dies ändern zu können, warnt aber gleichzeitig vor zu viel Optimismus. «In der Neutrinoforschung braucht man Geduld», erläutert Anne Nelles vom DESY. «Hochenergetische Neutrinos lassen sich ungemein selten auffangen. Aber wenn man eines erwischt, dann ist der Informationsgehalt unglaublich.» Bis zu drei Neutrinos pro Jahr könnte die Anlage in Grönland auffangen. Und das ist nur der Anfang: Sollte das Projekt erfolgreich sein, könnte das Konzept für ein neues Detektorensystem, dem IceCube-Gen2 in Antarktika, auf den Weg gebracht werden. Das Projekt sieht vor, auf rund 500 Quadratkilometern Antennen auszubringen und mit der bestehenden Anlage zu koppeln. Denn die beiden Systeme ergänzen sich sehr gut und könnten so die Entdeckung von Neutrinos auf bis zu 10 pro Stunde erhöhen, meint Anne Nelles. Doch dafür braucht es jetzt erst einmal Geduld, bis die Anlage rund um Summit Station Erfolge aus den Tiefen des Alls aufweisen kann.

Dr. Michael Wenger, PolarJournal

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