Astrophysik

Das Rätsel der Neutrinos

Alexander Kappes forscht am IceCube-Experiment am Südpol. Bild: DESY

Alexander Kappes sucht nach der Vergangenheit des Universums. Der Astrophysiker findet sie in den kleinsten Teilchen Materie, die ständig auf die Erde einprasseln – und die wir doch fast immer übersehen.Ein Portrait

Alexander Kappes weiß: Was er jetzt sagen möchte, klingt nicht besonders positiv. Dann sagt er es doch. "Physik zu studieren bedeutet eine stetige Erhöhung der Frustrationsgrenze", sagt der Astrophysiker. Was aber nicht heiße, dass so ein Studium nicht auch Spaß mache, schiebt er schnell hinterher. "Man lernt, Geduld zu haben. Und auch, wenn man das nicht findet, was man eigentlich sucht, ist das ein Erkenntnisgewinn. So funktioniert Wissenschaft."

Es ist gut, dass Kappes Physik studiert hat, denn eine dehnbare Frustrationsgrenze ist nötig bei dem, was er und seine Kollegen vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) suchen. Sie sind Teil einer internationalen Forschergruppe, die hochenergetische Neutrinos aufspüren will – winzige Partikel aus fernen Galaxien, die vielleicht dabei helfen, eine der wichtigsten Fragen der Astrophysik zu beantworten: Woher kommt die kosmische Strahlung?

Aus dem All prasseln unablässig Teilchen auf die Erde nieder. Schwere, geladene Teilchen wie Protonen und Heliumkerne etwa, die in der Atmosphäre weitestgehend absorbiert werden. Anders Neutrinos, die ständig in großer Zahl auf die Erde treffen: Sie tragen keine elektrische Ladung, reagieren deshalb nur selten mit anderen Teilchen und durchdringen Materie meist ungehindert. So bleiben sie auf ihrer Reise durch den Weltraum nahezu unbeeinflusst. Das macht sie zu idealen kosmischen Boten: Durch ihre Eigenschaften übermitteln sie Informationen über ihren Herkunftsort.

Neutrino ist allerdings nicht gleich Neutrino. Es gibt einerseits die niederenergetischen unter ihnen, ausgespuckt etwa von der Sonne, die nur acht Lichtminuten von der Erde entfernt ist. Diese Neutrinos sind allgegenwärtig. Äußerst selten sind hingegen jene Exemplare, auf die es Alexander Kappes und seine Kollegen abgesehen haben: "Wir suchen nach hochenergetischen Neutrinos, denn die haben mit ziemlicher Sicherheit eine weite Reise hinter sich", sagt der Forscher. Doch obwohl Neutrinos ständig in großer Anzahl durch uns hindurchrauschen, lassen sie sich nur indirekt und mit großem Aufwand nachweisen und voneinander unterscheiden. Vor drei Jahren haben die Wissenschaftler ein gewaltiges Neutrino-Teleskop am Südpol fertiggestellt – IceCube. Die hexagonale Anlage hat eine Kantenlänge von einem Kilometer und ist tief ins Eis versenkt. "Wir verwenden die Erde als Filter", erklärt Kappes. Detektiert werden in diesem Fall nur die Teilchen, die von der anderen Seite der Erde zum Teleskop am Südpol durchdringen können, also einzig Neutrinos.

Viel Aufwand für Erkenntnisse, die auf den ersten Blick wenig mit unserer Lebenswirklichkeit zu tun haben. Was treibt Kappes an? "Der Mensch will doch wissen, was die Welt im Innersten zusammenhält und was sich außerhalb seines alltäglichen Erlebnishorizontes abspielt", sagt er. Im Fall der Neutrinos hoffen Kappes und Kollegen mehr über die Ereignisse zu erfahren, die die Teilchen auf ihre lange Reise geschickt haben. "Wir sehen zum Beispiel Sternenexplosionen durch optische Teleskope, über die wir durch die hochenergetischen Neutrinos mehr lernen können", erklärt Kappes. Es ist auch eine Reise in die Vergangenheit, denn die Neutrinos aus anderen Galaxien können viele Millionen Lichtjahre unterwegs sein, bevor sie auf die Erde treffen.

Einmal war Kappes schon für ein paar Tage am Südpol. Eine Reise, die Eindruck hinterlassen hat. "Die Büros in der internationalen Forschungsstation sehen nicht viel anders aus als an jeder beliebigen Universität. Doch wenn man den Blick durch eines der Fenster nach draußen richtet, sieht man eine unwirtliche, unendliche Eiswüste, tausende Kilometer entfernt von jeglicher Zivilisation."

Der Arbeitsalltag von Kappes und seinen Kollegen findet allerdings in Zeuthen bei Berlin statt. Dort werden die Daten analysiert, die das Teleskop seit 2010 geliefert hat. Nun ist den Forschern womöglich ein Durchbruch gelungen. Ganz sicher sind sie noch nicht, der endgültige statistische Beleg, dass es sich nicht um Neutrinos aus unserem Sonnensystem handelt, steht noch aus. Von über Hunderttausend Neutrinos, die die Wissenschaftler in den vergangenen Jahren aufgespürt haben, besitzen immerhin zwei eine so hohe Energie, dass sie höchstwahrscheinlich aus fernen kosmischen Quellen stammen.

Die Geduld scheint sich also auszuzahlen für Alexander Kappes, der sein größtes Hobby, die Physik, zum Beruf gemacht hat. Doch auch für andere Künste nimmt er sich Zeit: Schon seit 25 Jahres spielt er Klarinette in verschiedenen Berliner Orchestern. Von Wagner bis zur Filmmusik von "Back to the future" reicht das Spektrum. "Das Schöne am Klarinettenspiel in einem Orchester ist, dass ich als Einzelner einen Beitrag zu einem wunderschönen Klang leisten kann", sagt Kappes. "Ganz ähnlich wie in der Wissenschaft".

30.07.2013 , Martin Trinkaus
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