Alte Idee, neuer Detektor: CERN kann erstmals Neutrinos nachweisen

Bei vollem Betrieb verspricht man sich bahnbrechende Erkenntnisse, jetzt macht der erste Test große Hoffnung: Am CERN ist es mit einem neuen Detektor gelungen, Neutrinos nachzuweisen. Das war bisher mit keinem Teilchenbeschleuniger geglückt.

Ein Blick auf Teilchen, die sich gar nicht gerne zeigen

Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik kommt Neutrinos eine wichtige Rolle zu. Das Problem: Der Spitzname "Geisterteilchen" deutet auf die recht scheue Natur der Partikel hin, die eine sehr kleine Masse besitzen und kaum mit den uns bekannten Teilchen interagieren. Bisher war der Nachweis nur mit ganz speziellen Detektor-Aufbauten möglich. Wissenschaftler hatten vergeblich versucht, diesen Nachweis auch an Teilchenbeschleunigern zu führen. Am CERN kann man jetzt genau diesen Erfolg vermelden. Neutrino-Nachweis: Für die einen nur Streifen, für FASER ein echter Durchbruch Wie Sci-News in seiner Meldung schreibt, haben Physiker der Forward Search Experiment (FASER)-Kollaboration am Large Hadron Collider (LHC) des CERN sechs Neutrino-Wechselwirkungen beobachtet. Gelungen war dieses bisher nicht erreichbare Kunststück der Teilchenphysik während eines Pilotlaufs von FASER (ForwArd Search ExpeRiment) dem Subdetektor FASERν einem kompakten Emulsionsdetektor, der erst 2018 am LHC installiert worden war.

"Vor diesem Projekt wurden noch nie Neutrinos in einem Teilchenbeschleuniger gesichtet", so Professor Jonathan Feng, Forscher an der University of California, Irvine, und Co-Leiter der FASER-Kollaboration. "Dieser bedeutende Durchbruch ist ein Schritt auf dem Weg zu einem tieferen Verständnis dieser schwer fassbaren Teilchen und der Rolle, die sie im Universum spielen."

Fast wie mit altem Film

Wie Feng erläutert, setzt das FASERν-Instrument im Aufbau auf Blei- und Wolframplatten, die sich mit Emulsionsschichten abwechseln. Kommt es zu den Teilchenkollisionen im Teilchenbeschleuniger, können einige der erzeugten Neutrinos auf Kerne in den dichten Metallen prallen. Dabei entstehen wiederum Teilchen, die durch die Emulsionsschichten schießen und Spuren hinterlassen.

Der Detektor erinnert in seiner Funktionsweise damit an die Fotografie in der Ära vor der Digitalkamera, so auch Feng: "Wenn ein 35-mm-Film belichtet wird, hinterlassen Photonen Spuren, die bei der Entwicklung des Films als Muster sichtbar werden. Die Emulsion funktioniert ähnlich."

Ab 2022 soll es richtig krachen

Für das Team sind die frühen Tests mit FASER ein voller Erfolg. Der nächste Schritt: Der Aufbau des vollen Detektors, um beim geplanten Neustart des LHC im Jahr 2022 deutlich mehr Neutrino-Interaktionen einfangen zu können. "Angesichts der Leistung unseres neuen Detektors und seines hervorragenden Standorts am CERN erwarten wir, dass wir mehr als 10 000 Neutrino-Wechselwirkungen aufzeichnen können", so Feng.


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