Neues Fenster zum Universum 10.12.2015, 13:22 Uhr

KM3NeT jagt Neutrinos in Tiefen des Mittelmeers

Wissenschaftler aus ganz Europa wollen die merkwürdigsten Teilchen, die die Erde aus dem Weltraum erreichen, mit einem gigantischen Sensor erforschen. Die ersten Detektoren in einem Experimentierfeld, das ein Volumen von mehreren Kubikkilometern hat, sind jetzt installiert worden.

Grafik KM3NeT-Teleskop: Ein Block des KM3NeT-Detektors enthält 115 Strings.

Grafik KM3NeT-Teleskop: Ein Block des KM3NeT-Detektors enthält 115 Strings.

Foto: KM3NeT Collaboration

Astro-Wissenschaftler sind fasziniert von Neutrinos, winzigen Teilchen, die alles durchdringen, als sei es gar nicht vorhanden. Sie flitzen durch Menschen, Häuser, Autos und Felsen. Nur selten reagieren sie mit einem anderen Atomkern. Sie stammen aus der Sonne und aus kosmischen Vorgängen und Katastrophen, die Jahrmillionen zurückliegen. Fast zwei Dutzend teils aufwändige Experimente gibt es weltweit, um die Neutrinos genauer zu erkunden.

Neues Fenster zum Universum

Jetzt kommt ein weiteres hinzu, das noch aufwändiger ist als IceCube, ein Versuchsfeld im Eis des Südpols. Dort sind 5160 Sensoren in einem Volumen von einem Kubikkilometer verteilt. Jetzt hat die Montage von KM3NeT begonnen, das, so die Homepage des Experiments, ein neues Fenster zu unserem Universum öffnet. Mit einer Größe von mehreren Kubikkilometern übertrifft es das Sensorfeld am Südpol um ein Mehrfaches.

Der Aufbau ist allerdings ähnlich. In den Tiefen des Mittelmeers, die kein Lichtstrahl erreicht, werden unzählige Sensoren wie Perlen an einer senkrechten Schnur installiert. Sie reagieren auf Tscherenkow-Strahlung, die als bläuliches Licht vor allem aus Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente von Kernkraftwerken bekannt ist.

Genau die gleichen Lichtemissionen verursachen Zusammenstöße von Neutrinos mit Atomkernen der Elemente, die im Meerwasser zu finden sind, etwa Natrium und Chlor, aus denen Salz besteht, oder dem Sauerstoff des Wassers.

Verankert in 3500 Metern Tiefe

Jede Perlenschnur, String genannt, ist 700 m lang und trägt 18 Sensoren. Vor der Montage sind sie, ähnlich wie Garn, auf einem allerdings kugelförmigen Rahmen aufgerollt. Das untere Ende wird von einem ferngesteuerten Unterwasserroboter im Meeresboden befestigt. Dann zieht eine Boje den Rahmen empor, sodass der String abgewickelt wird. Die Boje sorgt dafür, dass die Perlenschnur stets senkrecht im Meer steht.

Der auf den kugelförmigen Installationsrahmen aufgewickelte String vor der Installation. 

Der auf den kugelförmigen Installationsrahmen aufgewickelte String vor der Installation. 

Foto: KM3NeT Collaboration

Experten an Bord des Installationsschiffes Ambrosius Tide installierten jetzt den ersten KM3NeT-String in einer Tiefe von 3500 m südöstlich von Sizilien. Die Daten werden über ein Unterwasser-Glasfaserkabel zum rund 100 km entfernten Datenzentrum im italienischen Portopalo di Capo Passero übertragen.

Die ersten Neutrinos sind bereits aktenkundig

Marco Circella, technischer Direktor von KM3NeT: „Die große Meerestiefe schirmt das Teleskop nicht nur völlig gegen Tageslicht ab, sondern auch weitgehend gegen Teilchen, die durch die kosmische Strahlung in der Atmosphäre erzeugt werden.“ Die sind bei weitem nicht so durchschlagskräftig wie Neutrinos. Deshalb werden sie schon in den oberen Wasserschichten verschluckt.

Professor Uli Katz, Physik- und Software-Direktor von KM3NeT und Astroteilchenphysiker an der Universität Erlangen-Nürnberg, ist bereits jetzt im Anfangsstadium der Montage restlos begeistert: „Innerhalb weniger Stunden konnten bereits die ersten Teilchen von Reaktionen kosmischer Strahlung in der Atmosphäre rekonstruiert werden.“

Beteiligt sind Wissenschaftler aus mehr als zwei Dutzend europäischen Universitäten, darunter die in Bamberg, Erlangen-Nürnberg, Würzburg und Tübingen.

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