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15.02.09 · 13:30 Uhr

DUSEL gehabt: Neutrino-Wissenschaft tief unter der Erde

Kategorie: Naturwissenschaften

Sieht man sich einmal bei Google Maps die Position der Homestake-Mine in South Dakota in den USA an, stellt man fest: Da ist nicht viel. Unter den wenigen Gründen aber, warum man doch dort arbeiten könnte, treffen gleich zwei auf diesen Ort zu.

Der erste: Man erkennt es natürlich bereits am Namen, dort hat man Bodenschätze gesucht. Gold, genauer gesagt, und da man ja da besonders wild drauf ist, hat man sogar die tiefste Mine der USA gegraben. Angefangen hat die Suche 1876, und 2003 schaltete man in 2.4 km Tiefe die Pumpen ab.

Der zweite: Man betreibt Wissenschaft, die viel Platz braucht und wenig Störungen. Störungen in diesem Fall sind alle Bestandteile der kosmischen Strahlung, die man sowieso leicht beobachten kann, weil es bekannte und "freundliche" Teilchen sind. Weniger freundliche Teilchen sind Neutrinos, die fast nie mit Materie kollidieren, und eine äußerst geringe Masse haben. Die kennt man aber nicht genau, will man aber untersuchen. In Homestake wurde damals auch das erste Experiment installiert, das Sonnenneutrinos detektieren konnte, und Ray Davis erhielt dafür den Nobelpreis. Davon soll aber an einem anderen Tag die Rede sein, nur soviel: Die Untersuchung von Sonnenneutrinos brachte erstaunliches zu Tage, denn diese kleinen Teilchen schienen sich ineinander umzuwandeln (es gibt drei "Geschmacksrichtungen" - elektron, myon und tau). Da gibt es also noch Forschungsbedarf.
Für Neutrinoforschung braucht man große Detektoren und einen Haufen Gestein um alles was gerne mit Materie kollidiert auszusortieren. Also ist ein altes Bergwerk perfekt! Man kann sich natürlich noch weitere Wissenschaft vorstellen, die tief im Berg sein möchte - Geologie, Bergbauwissenschaft, Geobiologie.

Die Homestake-Mine wurde 2007 ausgewählt als Schauplatz eines großen interdisziplinären Forschungsstandort - dem Deep Underground Science and Engineering Laboratory (DUSEL). Hier sollen (jetzt nur die Physikexperimente) verschiedene Neutrinoexperimente stattfinden und auch ein Experiment, das einen Kandidaten für Dunkle Materie untersuchen soll, der noch seltener kollidieren würde als ein Neutrino (ein WIMP - Weakly Interacting Massive Particle).

Jetzt hatte ich geschrieben, die Pumpen wurden abgeschaltet, und das ist auch noch das Problem, denn im Moment steht das Wasser einen Kilometer hoch über dem tiefen Niveau, auf dem man Experimente ansiedeln will. Gerade ist man aber dabei, ein Niveau auf 1,4 km Tiefe leerzupumpen, und dort wird eine erste Serie Experimente starten. Dank einer großzügigen Spende eines Herrn Sanford, die dieses erste Laboratorium ermöglichen wird, hat man es SUSEL (Sanford Underground Science and Engineering Laboratory) getauft. Man hofft, bis spätestens July diesen Jahres mit dem Pumpen fertig zu sein, und wird dann die Experimente einrichten. Das SanfordLab twittert übrigens auch!

Ein spannendes Experiment wird die Untersuchung der Neutrino-Oszillationen sein. Nochmal etwas genauer als eben: Es gibt also drei Arten von Neutrinos, die in die drei Leptonen-Generationen passen. Der Partner des Elektron ist das Elektron-Neutrino, das schwere Myon hat ein Myon-Neutrino zum Partner und dann eben noch das schwerste Tau/Tau-Neutrino. Das sind die drei Generationen von Leptonen, das Elektron kennen wir alle. Myon und Tauon sind jeweils schwerer, und zu einer Generation gehört jeweils das Lepton und das passende Neutrino (sowie natürlich die passenden Antiteilchen). Man dachte ursprünglich, dass Neutrinos masselos sind, aber dann hat sich doch herausgestellt, dass sie eine sehr geringe Masse haben. Erste Beobachtungen sollten dann überprüfen, wieviele Neutrinos von der Sonne kommen, denn man kennt ja die Prozesse in der Sonne und kann sich den Neutrinofluss ausrechnen. Aber die große Überraschung war: Es kommen zu wenig Elektron-Neutrinos an. Diese scheinen sich auf dem Weg hierher in die anderen Generationen umwandeln zu können.

Jetzt sind wir wieder bei SUSEL: Dort wird man einen Neutrino-Detektor aufstellen und aus verschiedenen Entfernungen, z.B. vom Teilchen-Beschleuniger am Fermilab oder aus Brookhaven dorthin Neutrinos schickt, kann man die Theorie überprüfen, wieviele Neutrinos sich jeweils auf der Reise umgewandelt haben.

Quellen:
[1] DUSEL
[2] SUSEL

 

Autor: Jörg· 0 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: experiment· neutrinos· physik· teilchenphysik· usa