Höllisch heiße Neutrinos

  • 27. August 2014

Erstmalig gelingt der direkte Nachweis, dass der Großteil der solaren Energieproduktion aus dem Proton-Proton-Zyklus stammt.

15 Millionen Grad Celsius – so heiß ist es im Inneren unserer Sonne. Dort laufen verschiedene Fusionsreaktionen ab. 99 Prozent der Energie entsteht dabei durch einen Fusionszyklus, bei dem zu Beginn zwei Wasserstoffatome zu einem Atomkern von schwerem Wasserstoff verschmelzen. In diesem Zyklus wird die Energie freigesetzt, die die Sonne zum Leuchten bringt. Es entstehen außerdem elektrisch neutrale Elementarteilchen, die Neutrinos.

Die Bildkombination zeigt den Borexino-Detektor und die Sonne

Abb.: Die Bildkombination zeigt den Borexino-Detektor und die Sonne. (Bild: Borexino Collaboration)

Bisherige Analysen der Sonnenenergie beruhen auf Messungen der Sonnenstrahlung. Im Durchschnitt braucht diese jedoch über hunderttausend Jahre, um aus dem dichten Sonneninneren an deren Oberfläche zu gelangen. Ganz anders verhalten sich die Neutrinos: Weil sie sich frei bewegen können, verlassen sie auch das Sonneninnere wenige Sekunden nach ihrer Erzeugung und erreichen bereits nach etwa acht Minuten die Erde.

Die gleichen Eigenschaften, die es den Teilchen ermöglichen, das Sonneninnere so schnell zu verlassen, machen es aber auch extrem schwierig, die Neutrinos aus der für die Sonnenenergie entscheidenden Kernreaktion zu messen. „Die jetzt veröffentlichte Beobachtung konnte nur gelingen, weil Borexino weltweit der empfindlichste Detektor ist und wir Störungen durch Strahlung und andere kosmische Teilchen extrem reduzieren konnten“, sagt Stefan Schönert. „Neben Sonnenneutrinos können wir daher auch Neutrinos aus dem Erdinneren beobachten und mithilfe dieser Daten geophysikalische Modelle testen“, fügt Lothar Oberauer hinzu. Beide Wissenschaftler arbeiten am TUM-Lehrstuhl für Experimentelle Astroteilchenphysik. An dem Projekt waren gleich mehrere deutsche Institute beteiligt. Gruppen aus Dresden, Hamburg, Heidelberg, Mainz und München konnten ihre Expertise einbringen.

Die neuen Ergebnisse ermöglichen zum ersten Mal den experimentellen Nachweis, dass die Energiefreisetzung im Sonneninneren seit sehr langer Zeit unverändert ist. Dazu verglichen die Forscher die Werte der aktuellen Sonnenenergie, die sich nun mithilfe der neuen Methode messen lässt, mit denen der Sonnenenergie von vor über hunderttausend Jahren, die sich aus der Sonnenstrahlung berechnen lässt. Das Ergebnis des Vergleichs steht im Einklang mit aktuellen theoretischen Sonnenmodellen.

Der Vergleich mit der Strahlungsenergie, die an der Sonnenoberfläche gemessen wurde, zeigt, dass sich die Energiefreisetzung in den vergangenen 100.000 Jahren kaum verändert hat. „Selbst wenn wir die Sonne jetzt ausschalten würden, würde es etwa weitere 10.000 Jahre dauern, bis wir davon auf der Erde etwas merken würden“, sagt Kai Zuber von der Universität Mainz.

Die Wissenschaftler der Borexino-Kollaboration haben auch weiterhin ehrgeizige Pläne: In den kommenden vier Jahren wollen sie die bisherigen Messungen weiter verbessern und neue Neutrino-Beobachtungen durchführen. Insbesondere bereiten sie derzeit ein neues Experiment vor, um nach neuen Teilchen, sogenannten sterilen Neutrinos, zu suchen.

TUM / DE

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