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Die Masse der Neutrinos: Zwei Teilchenforscher bekommen Physik-Nobelpreis
Takaaki Kajita erhielt während einer Pressekonferenz einen Gratulationsanruf vom japanischen Premierminister Shinzo Abe.

Die Masse der Neutrinos: Zwei Teilchenforscher bekommen Physik-Nobelpreis

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Takaaki Kajita erhielt während einer Pressekonferenz einen Gratulationsanruf vom japanischen Premierminister Shinzo Abe.
Panorama 5 Min. 06.10.2015

Die Masse der Neutrinos: Zwei Teilchenforscher bekommen Physik-Nobelpreis

Sie sind überall und unsichtbar. Neutrinos sind so trickreich, dass sie sich lange vor allen Messgeräten verstecken konnten. Die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger haben ihre Kniffe enttarnt.

(dpa) - Die unvorstellbar winzigen Teilchen fliegen durch das All und durchdringen alles - Menschen, Mauern und sogar die Erde. Dabei können wir die vielen Milliarden Neutrinos, die jede Sekunde unseren Körper durchqueren, nicht spüren. Und selbst vor ausgefeilten Messgeräten konnten sich die „Chamäleons des Alls“, wie das Nobelkomitee sie nennt, lange Zeit verbergen. Der Japaner Takaaki Kajita (56) und der Kanadier Arthur McDonald (72) haben durchschaut, wie sich die Neutrinos tarnen. Sie belegten damit, dass diese neutralen Teilchen eben doch eine Masse besitzen, was lange bezweifelt wurde. Das ist in diesem Jahr den Physik-Nobelpreis wert.

„Das Thema war überfällig“, meint Manfred Lindner vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. „Wie das Universum heute aussieht, hängt mit den Neutrinos und ihrer Masse zusammen.“ Bereits 2002 erhielten der US-Amerikaner Raymond Davis und der Japaner Masatoshi Koshiba den Physik-Nobelpreis, weil sie mit ausgefeilten Detektoren Neutrinos nachgewiesen hatten. Neutrinos entwickelten sich schon beim Urknall. Heute entstehen sie in der Sonne, in unserer Atmosphäre, aber auch in unserem Körper, etwa wenn ein Kaliumatom zerfällt.

Kajita und McDonald zeigten nun, wie sich die Teilchen tarnen: Sie können ihre Identität - oder in der Physikersprache ihre Generation - ändern. Die Entdeckung habe das Verständnis über die Materie maßgeblich beeinflusst, schreibt das Nobelkomitee.

Arthur McDonald freute sich gemeinsam mit seiner Frau über die Auszeichnung.
Arthur McDonald freute sich gemeinsam mit seiner Frau über die Auszeichnung.
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Geisterteilchen, die ihren Zustand wechseln

Um die Jahrtausendwende bewies das Team um Kajita mit dem japanischen Riesendetektor Super-Kamiokande, dass Neutrinos, die von der Sonne kommen, ihren Zustand wechseln. Über 60 Milliarden Neutrinos von der Sonne erreichen in jeder Sekunde einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche. Einen ähnlichen Wechsel wies das Team um McDonald im Sudbury Neutrino Observatory für Neutrinos nach, die in der Erdatmosphäre entstehen.

„Zusammen haben beide Experimente ein neues Phänomen nachgewiesen: die Neutrino-Oszillation“, schreibt das Nobelkomitee. Das bedeutet: Die Teilchen wechseln periodisch ihre Identität. Und wer so etwas tut, muss Masse haben. Das war bedeutend für das Standardmodell der Materie, denn dies basierte lange Zeit auf masselosen Neutrinos. Ihr Modell war also noch nicht vollständig, mussten die Physiker nun eingestehen.

Noch heute basteln sie an einem neuen Standardmodel, in dem Neutrinos nun eine Masse besitzen. Elementarteilchen-Physiker Prof. Arnulf Quadt, Vorstandsmitglied der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), bezeichnete die Arbeit der beiden Nobelpreisträger 2015 als „wirklich fundamental“. Ihm zufolge ist sie aber erst der Anfang: „Was ist eigentlich die Masse? Das ist die nächste heiße Frage.“

In die Irre geführt

Zahlreiche Forscher weltweit machen nun Jagd auf Neutrinos. Einige haben sich schon an den unmessbar leichten Teilchen verhoben: 2011 hatten Physiker am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf verkündet, einige Neutrinos seien schneller als Licht. Das hätte das Weltbild der Physiker erschüttert, denn die Lichtgeschwindigkeit gilt nach Einsteins Relativitätstheorie als absolute Tempogrenze im Universum. Einige Zeit später mussten sie einräumen, dass unter anderem ein defektes Glasfaserkabel sie in die Irre geführt hatte.

Am Montag war der diesjährige Medizin-Nobelpreis an die Chinesin Youyou Tu, den gebürtigen Iren William Campbell und den Japaner Satoshi Omura gegangen. Die drei Forscher haben effektive Wirkstoffe gegen Parasiten-Infektionen wie Malaria und Flussblindheit entdeckt. Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.

Die Physik-Preisträger seit 2005

Der Physik-Nobelpreis wird seit 1901 vergeben. Die erste Auszeichnung erhielt der deutsche Physiker Wilhelm Conrad Röntgen für die Entdeckung der „X-Strahlen“, der später nach ihm benannten Röntgenstrahlen. Die Preisträger der vergangenen zehn Jahre waren:

2014: Die gebürtigen Japaner Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura für die Erfindung hocheffizienter Lichtquellen. Die blau leuchtenden Dioden ermöglichen helle und energiesparende LEDs.

2013: Der Belgier François Englert und der Brite Peter Higgs für die Vorhersage des Higgs-Teilchens.

2012: Serge Haroche aus Frankreich und David Wineland aus den USA für Fallen, mit denen sich geladene Teilchen (Ionen) und Licht (Photonen) einfangen lassen. Sie schufen damit Grundlagen für genauere Uhren und grundsätzlich neue Computer.

2011: Saul Perlmutter, Adam G. Riess (beide USA) und Brian P. Schmidt (USA und Australien) für die Beobachtung, dass sich das All derzeit immer schneller ausdehnt.

2010: Der Niederländer Andre Geim und der britisch-russische Physiker Konstantin Novoselov für ihre Arbeiten zu Graphen. Das einlagige Gitter aus Kohlenstoffatomen leitet hervorragend Hitze und Strom.

2009: Charles Kao (China), Willard Boyle und George Smith (beide USA) für die schnelle Datenübertragung durch Glasfasern sowie für den lichtempfindlichen CCD-Chip.

2008: Yoichiro Nambu (USA), Makoto Kobayashi (Japan) und Toshihide Maskawa (Japan) für die Entdeckung und Erklärung sogenannter Symmetriebrechungen in der Teilchenphysik, die das Verständnis der Natur entscheidend verbessert haben.

2007: Peter Grünberg (Deutschland) und Albert Fert (Frankreich) für die Entdeckung des „Riesenmagnetowiderstands“, durch den sich die Speicherkapazität von Computer-Festplatten drastisch erhöhen ließ.

2006: John C. Mather und George F. Smoot (beide USA) für die Entdeckung der Saat der Galaxien in der kosmischen Hintergrundstrahlung, dem „Echo des Urknalls“.

2005: Roy J. Glauber (USA) für Grundlagen der Quantenoptik sowie John L. Hall (USA) und Theodor W. Hänsch (Deutschland) für die Entwicklung einer laserbasierten Präzisionsmesstechnik für Lichtfrequenzen.

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