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Wissen & Umwelt

Einsteins Ehre doch noch gerettet

Teilchen können doch nicht schneller fliegen als das Licht. Ein Experiment am Forschungszentrum CERN hatte zwar im vergangenen September schnellere Teilchen entdeckt - aber nur wegen eines Messfehlers.

Ende September 2011 waren Forscher des Genfer Forschungszentrums CERN an die Öffentlichkeit getreten und hatten erklärt, sie hätten Neutrinos beobachtet, die möglicherweise schneller gereist seien als das Licht. Das hätte die Relativitätstheorie von Albert Einstein aus dem Jahr 1905 in Frage gestellt.

Eine Überprüfung des Experiments hat aber jetzt gezeigt, dass Einstein wohl doch Recht hatte: Ein Messfehler erklärt vermutlich den minimalen Zeitunterschied. Die Neutrinos waren nur 0,025 Promille schneller unterwegs als das Licht. Ein defektes Glasfaserkabel und ein Gerät zur Synchronisierung von GPS-Daten könnten den Messfehler verursacht haben

Neutrinos besser verstehen

Nun sollen Tests im Mai wiederholt werden. Beim Opera Projekt schießen die Wissenschaftler Neutrinos vom Forschungszentrum CERN in Genf aus durch die Erde in Richtung Gran Sasso-Massiv in den Italienischen Abruzzen. Dort werden die ankommenden Teilchen in einem unterirdischen Labor mit einem OPERA-Detektor (Oscillation Project with Emulsion-tracking Apparatus) gemessen.

Neutrinos sind extrem leichte Teilchen, für die Gestein kein Hindernis darstellt. Deshalb werden sie auch "Geisterteilchen" genannt, da sie unbemerkt durch Materie und menschliche Körper hindurchgehen. Neutrinos interagieren nur selten mit anderer Materie und sind elektrisch neutral.

Der Teilchenbeschleuniger LHC im Forschungszentrum CERN in Genf (Foto: AP)

Ein Teilchenbeschleuniger in Genf erzeugt den Neutrino-Strahl

In Genf erzeugen die Wissenschaftler einen Teilchenstrahl, der auf das Gran Sasso-Massiv gerichtet ist. Aus diesem Strahl, der aus verschiedenen Ausgangsteilchen besteht, erreichen nur die Neutrinos nach 730 Kilometern ihr Ziel. Der eigentliche Sinn des Experiments besteht darin, einen Nachweis für die Neutrinooszillation zu führen.

Dabei handelt es sich um eine theoretisch angenommene, aber nicht bewiesene Umwandlung verschiedener Neutrino-Typen. Diese Oszillation setzt voraus, dass Neutrinos eine - wenn auch geringe - Masse haben. Wenn die Forscher dadurch mehr über die Masse der Neutrinos erfahren, können sie auch die Masseeigenschaften anderer Elementarteilchen besser verstehen.

Am Gran Sasso kommen die Neutrinos nach etwa 2,4 Millisekunden an. Ihre Ankunft kann dort im Labor auf 10 Milliardstel Sekunden (Nanosekunden) genau bestimmt werden. Außerdem ist die Flugstrecke nach CERN-Angaben auf 20 Zentimeter genau vermessen. Die Forscher haben seit Beginn des Experiments die Flugzeit von rund 16.000 Neutrinos gestoppt und so mittlerweile eine relativ hohe statistische Sicherheit erreicht.

Frühe Zweifel an den Messergebnissen

Während einige Wissenschaftler im September euphorisch auf die Entdeckung der schnellen Teilchen reagiert hatten, waren bereits bei der Bekanntgabe der Entdeckung viele andere Forscher skeptisch. "Die Relativitätstheorie ist einer der Eckpfeiler der Physik", gab Johan Bijnens, Teilchenphysiker an der Universität von Lund in Schweden damals zu bedenken. "Sollte sie tatsächlich nicht stimmen, hätten wir große Schwierigkeiten, uns davon zu lösen."

"Man muss vorsichtig sein", mahnte damals auch Caren Hagner, Physikerin an der Universität Hamburg und Mitglied des OPERA-Teams. Hagner hatte deshalb auch lange eine voreilige Veröffentlichung der Messergebnisse abgelehnt.

Autor: Fabian Schmidt
Redaktion: Frank Wörner