neutrinostrahlung
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| + | Neutrinos kommen aus der Sonne, einer Supernova und Vermutlich auch aus " | ||
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| + | ===== Nikola Tesla ===== | ||
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| + | Zum 150. Geburtstag von // | ||
| + | eine Sonderausstellung eröffnet. | ||
| + | Auf Einladung der [[http:// | ||
| + | Dabei zitierte er aneblich einen Artikel vom [[https:// | ||
| + | beschreibt, die aus der Sonne kommt, aus unfassbar kleinen Partikeln besteht und tausende von Meilen fester Materie durchschlägt. | ||
| + | __Genau diese Eigenschaft hat, nach heutiger Kenntnis, nur die [[https:// | ||
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| + | * [[https:// | ||
| + | * //An den Herausgeber der New York Times: Sie haben dem Thema kosmische Strahlen beträchtlichen Platz gegeben, was auf ungewöhnliche Ausmaß allgemeine Aufmerksamkeit erregt zu haben scheint. Als ich dieses wundervolle Phänomen entdeckte und es untersuchte, | ||
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| + | * //Laut meiner Theorie ist ein radioaktiver Körper nur eine Zielscheibe, | ||
| + | Ich machte einige Fortschritte in Bezug auf die Lösung des Rätsels, bis ich im Jahre 1898 mathematische und experimentelle Beweise erlangte, daß die Sonne und ähnliche Himmelskörper energiereiche Strahlen aussenden, die aus unvorstellbar kleinen Teilchen bestehen und Geschwindigkeiten besitzen, die wesentlich höher sind als die Lichtgeschwindigkeit. Die Durchdringungskraft dieser Strahlen ist so groß, daß sie Tausende Kilometer fester Materie durchdringen, | ||
| + | * [[https:// | ||
| + | * //An den Herausgeber der New York Times: In einem kürzlichen Brief an die New York Times erinnerte sich Nikola Tesla an eine erstaunliche Theorie der kosmischen Strahlen und der Radioaktivität, | ||
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| + | Die [[https:// | ||
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| + | Um eine scheinbare Nichterhaltung der Energie (und eine ebenfalls auftretende Verletzung von Impuls- und Drehimpulserhaltung), | ||
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| + | ===== Neutrinos in der heutigen Wissenschaft ===== | ||
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| + | Beim radioaktiven Beta-Minus-Zerfall wurde zunächst nur ein ausgesandtes Elektron beobachtet. Damit ließ sich das kontinuierliche Energiespektrum der Beta-Elektronen nicht plausibel erklären. Das führte Wolfgang Pauli dazu, ein neues Elementarteilchen anzunehmen, das von den Detektoren unbeobachtet gleichzeitig mit dem Elektron aus dem Kern ausgesandt wird. Dieses Teilchen trägt einen Teil der beim Zerfall freiwerdenden Energie davon. | ||
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| + | Pauli schlug in einem Brief vom 4. Dezember 1930 dieses hypothetische Teilchen vor, das er zunächst Neutron nannte. Enrico Fermi, der eine Theorie über die grundlegenden Eigenschaften und Wechselwirkungen dieses Teilchens ausarbeitete, | ||
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| + | Pauli nahm an, dass das Neutrino nur äußerst schwer nachweisbar sei. Tatsächlich erfolgte die erste Beobachtung erst 23 Jahre später: 1956 gelang der Gruppe um Clyde L. Cowan und Frederick Reines mit dem // | ||
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| + | Für die Entdeckung wurde Reines 1995 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. | ||
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| + | Eine wichtige Rolle spielen Neutrinos bei der Beobachtung von Supernovae, die etwa 99 % ihrer Energie in einem Neutrinoblitz freisetzen. | ||
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| + | Aufgrund ihrer geringen Masse wird erwartet, dass in teilchenphysikalischen Prozessen erzeugte Neutrinos sich mit nahezu Vakuumlichtgeschwindigkeit bewegen. In mehreren Experimenten wurde die Geschwindigkeit von Neutrinos gemessen und eine Übereinstimmung innerhalb der Messgenauigkeit mit der theoretischen Vorhersage beobachtet. | ||
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| + | Die Durchdringungsfähigkeit hängt von der Energie der Neutrinos ab. Mit zunehmender Energie nimmt der Wirkungsquerschnitt der Neutrinos zu und die mittlere freie Weglänge entsprechend ab. | ||
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| + | Zum Beispiel beträgt bei 1000 TeV Energie die mittlere freie Weglänge der Neutrinos in der Erde etwa einen Erddurchmesser. Das bedeutet, dass bei einem Flug senkrecht durch die Erde etwa zwei Drittel solcher Neutrinos wechselwirken, | ||
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| + | Zum Vergleich: Der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, der LHC, erzeugt Teilchen mit einer Energie von 7 TeV pro Nukleon, die Sonne produziert hauptsächlich Neutrinos mit Energien unter 10 MeV. | ||
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| + | ===== Projekt ICECUBE ===== | ||
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| + | //P.M. Magazin | ||
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| + | Ein neues Fenster zum Universum ist geöffnet: »Amanda«, das wohl exotischste Teleskop aller Zeiten, macht in der Antarktis Jagd auf **Neutrinos**. Seine im Untergrund versenkten Detektoren observieren einen Eiswürfel von einem Kubikkilometer Volumen – darin sollen die geheimnisvollsten Teilchen aus dem All »eingefangen« werden. Von ihnen erhoffen sich Forscher neue Erkenntnisse über Vergangenheit und Zukunft des Kosmos | ||
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| + | Harte Arbeit in öder, kalter Gegend zu vergeben. Bei erfolgreicher Tätigkeit winkt wissenschaftlicher Ruhm.« Was das amerikanische Unternehmen »Raytheon Polar Services« in seinen Stellenanzeigen versprach, war nicht gerade der Himmel auf Erden. Dennoch bewarben sich Dutzende von hoch qualifizierten Wissenschaftlern – und landeten auf den kilometerdicken Eisgebirgen der Antarktis. In der »Amundsen-Scott-Station« am Südpol arbeiten sie am größten Experiment der Welt – für das jetzt sogar extra eine 1600 Kilometer lange Verbindungsstraße zur Küste gebaut wird. Denn nur so lassen sich die notwendigen Apparaturen bequem heranschaffen – für den Bau des seltsamsten Teleskops, das je gab. Es ist nicht auf den Himmel gerichtet, sondern blickt ins ewige Eis. Dort sollen die geheimnisvollsten und exotischsten Teilchen des Kosmos aufgespürt werden: **Neutrinos**. | ||
| + | Diese Teilchen jagen durch jeden von uns hindurch – unablässig, | ||
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| + | Vor über 70 Jahren begannen Wissenschaftler die Jagd auf diese mysteriösen Teilchen. Damals grübelte der Physiker und spätere Nobelpreisträger Wolfgang Pauli über Ungereimtheiten bei der Messung des radioaktiven Zerfalls. Denn dabei schien das eherne Gesetz von der Energieerhaltung nicht zu gelten: Die Messdaten widersprachen dem Grundsatz, dass sich Energie nicht einfach in Nichts auflösen kann. Doch immer, wenn bestimmte Atomkerne unter Aussendung eines Elektrons zerfielen, schien ein kleiner Energiebetrag spurlos zu verdampfen. Wohin verschwand die Energie? Pauli zog sich aus der Affäre, indem er ein Teilchen ersann, das bei dem Zerfall entstehen sollte. Der Lückenbüßer schieße mit nahezu Lichtgeschwindigkeit davon, transportiere die überschüssige Energie ab und bleibe ansonsten für den Experimentator unsichtbar. Denn dieses **Neutrino**, | ||
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| + | Mit diesem Kniff hatte Pauli zwar die Energie-Gleichung gerettet, aber gleichzeitig musste er zerknirscht bekennen: »Ich habe etwas Schreckliches getan. Ich habe ein Teilchen erfunden, das nicht nachgewiesen werden kann.« Dennoch schlossen die Kollegen das Geisterteilchen ins Herz – zu gut passte seine Existenz in ihr Weltbild. Erst 1956 zeigte es sich leibhaftig in einem Experiment – dank der gerade entdeckten »Szintillatorflüssigkeiten«. Diese Flüssigkeiten haben eine besondere Eigenschaft: | ||
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| + | Bei dem Experiment wurden zwei Probleme sichtbar, mit denen alle **Neutrino**-Experimente zu kämpfen haben: Die geringe Zahl der eingefangenen **Neutrinos** und das so genannte Untergrundrauschen. Die geringe Zählrate kann nicht verwundern: Ein Teilchen, das durch die gesamte Erde so mühelos hindurchrast wie durch eine Nebelbank, bleibt eben äußerst selten in einem Detektor hängen. Um die Anzahl der beobachteten **Neutrinos** zu steigern, bauten die Forscher immer größere Tanks mit speziellen Szintillatorflüssigkeiten. Aber je mehr von diesem Reaktionsmedium man einsetzt, desto größer wird ein zweites Problem: das Untergrundrauschen. Dieses Phänomen hängt mit einem grundsätzlichen Handikap der **Neutrino**-Jagd zusammen. Jede Messeinrichtung, | ||
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| + | Bei all diesem Aufwand, der hier betrieben wird, muss man sich fragen: Was nützen uns diese Geisterteilchen? | ||
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| + | Will man aber jene Partikel fangen, die Zeugnis ablegen von den Geheimnissen des Kosmos, dann braucht man ein **Neutrino**-Teleskop: | ||
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| + | Warum sie ausgerechnet in eine Gegend ziehen mussten, in der die Temperaturen unter minus 50 °C sinken und Fallwinde mit atemberaubender Geschwindigkeit übers Eis peitschen – am Rand der Antarktis sogar mit bis zu 290 km/h? Weil die Bedingungen für das Funktionieren eines **Neutrino**-Teleskops hier ideal sind. Erstens gibt es genügend Platz – das Teleskop muss groß sein, damit sich genügend **Neutrinos** aus den Tiefen des Alls da-rin verfangen. Zweitens ist das kilometerdicke Polareis kristallklar – Durchsichtigkeit ist die Voraussetzung dafür, dass man die **Neutrino**-Reaktionsblitze überhaupt sehen kann. Drittens ist das Polareis tief genug, um die von oben kommende störende kosmische Strahlung, also das Untergrundrauschen, | ||
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| + | Sobald die **Neutrinos** das Südpoleis erreicht haben, kann es zu den gewünschten Reaktionen kommen. Wenn eines dieser Teilchen auf ein Proton in einem Wasser- bzw. Eismolekül trifft, entsteht ein Sekundärteilchen – ein Myon, der schwerere Bruder des Elektrons. Das Myon ist sehr energiereich, | ||
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| + | Das gefilterte **Neutrino**-Licht wird von einer Apparatur registriert, | ||
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| + | 677 optische Module wurden mittlerweile im Eis versenkt. Bis zum Jahr 2009 sollen nochmals 4800 Kugeln mit Fotomultipliern in weiteren 69 Schächten hinzukommen – dann kann das Teleskop einen Eiswürfel mit einer Kantenlänge von einem Kilometer observieren. Dieser gigantische »Icecube« (Eiswürfel) wird nicht nur das größte Neutriono-Teleskop der Welt sein, sondern zugleich auch der größte Computer aller Zeiten. Denn die künftig ins Eis versenkten Kugeln enthalten Mini-Computer, | ||
| + | Bis es so weit ist, müssen die **Neutrino**-Wissenschaftler der Amundsen-Scott-Station erst einmal einen anderen Weg für die wissenschaftliche Kommunikation finden. Bei der Weiterleitung der 20 Gigabyte, die schon jetzt pro Tag anfallen, sind sie auf vier veraltete Satelliten angewiesen, die nur zwölf bis 16 Stunden am Tag genutzt werden können – außerdem sind die Trabanten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 38,2 Kilobit pro Sekunde langsamer als ein normales Modem. | ||
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| + | Deshalb soll ein modernes Glasfaserkabel verlegt werden – von der Station zu der 1670 Kilometer weit entfernten französischen Forschungsstation Concordia, die direkten Dauerkontakt zu leistungsfähigeren geostationären Satelliten un-terhält. Baggern muss dazu niemand, das Kabel wird direkt auf dem Eis platziert. »Das Praktische am Kabelverlegen in der Antarktis ist, dass es nicht eingegraben werden muss. Es gräbt sich selbst ein«, witzelt Andre Roy von »Raytheon Polar Services«, die diese Kabelverbindung in den nächsten zwei Jahren herstellen werden. Kosten: 250 Millionen Dollar. Dann soll auch die südlichste Sackgasse der Welt fertig gestellt sein. Amerikanische Ingenieure haben bereits damit begonnen, die 1600 Kilometer lange Straße zum Südpol zu bauen – sie führt von der McMurdo-Küstenstation direkt zur Amundsen-Scott-Station. Das ist ziemlich genau jene Strecke, die der gescheiterte Antarktis-Pionier Scott entlangzog: über den Ross-Eisschelf und den berüchtigten Beardmore-Gletscher, | ||
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| + | Mit Straßen, wie wir sie kennen, wird der Antarktis-Highway kaum Ähnlichkeit haben. Hier gibt es nichts als Eis und Schnee. Die Fahrbahn entsteht zunächst einfach dadurch, dass man die Unterlage platt walzt, sodass die Transportfahrzeuge es einfacher haben. Jedes Jahr im Frühjahr muss die Strecke auf neue Gletscherspalten untersucht werden – der erste, 48 Kilometer lange Straßenabschnitt hat bereits einen Vorgeschmack auf die unter riesigen Schneeflächen verborgenen Gefahren geliefert. Die größte bisher entdeckte Gletscherspalte war 34 Meter tief und rund acht Meter breit. Kletterer mussten zunächst in die Schluchten steigen, um ihre Größe abzuschätzen. Dann wurden die Schnee- und Eisschichten über der Spalte gesprengt und das große Eisloch mit Schnee aufgefüllt. Kein Wunder, dass die Ingenieure für einen fünf Kilometer langen Abschnitt volle zwei Monate gebraucht haben. Wie die Straße letztendlich aussehen wird, ob z. B. ein Unterbau aus Bohlen notwendig ist, das soll eine aufwändige Studie ergeben, die auch ökologische Aspekte der Eiswüstenpiste berücksichtigt. | ||
| + | Wenn alles klappt, so hoffen die Optimisten, wird sie 2005 fertig gestellt sein. | ||
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| + | Die Amerikaner versprechen sich von ihr eine einfachere und vor allen kostengünstigere Versorgung der Amundsen-Scott-Station, | ||
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| + | Transportieren sollen die LKWs nach und nach auch die neuen 4800 Messkugeln mit Fotomultipliern, | ||
| + | »Icecube« stolze 150 Millionen Dollar verschlungen haben. Geld, das gut anlegt ist, sagen die Forscher. Denn von den winzigen **Neutrinos** erwartet man sich neue Erkenntnisse über Anfang und Zukunft des Universums. Wir suchen vor allem nach hochenergetischen **Neutrinos**«, | ||
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| + | Das **Neutrino**-Teleskop wird auch klarere Aussagen über die Zukunft des Universums ermöglichen. Nach den Vorstellungen der Kosmologen dehnt sich das All ja seit dem Urknall fortwährend aus – ob diese Expansion bis in alle Ewigkeit andauert oder ob das Universum in einigen Milliarden Jahren in sich zusammenfällt, | ||
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| + | Autor(in): Joseph Scheppach | ||
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