Zwei Arten von Neutrino-Verwandlungen

News: Zwei Arten von Neutrino-Verwandlungen

Auf die Sonne ist Verlass - allerdings nicht immer. Viel weniger Elektron-Neutrinos als theoretisch erwartet erreichen die Erde. Bisher gab es zwei verschiedene Erklärungsmodelle, die Physiker meist fein säuberlich voneinander trennten, denn scheinbar waren die beiden Theorien nicht zu vereinbaren. Doch jetzt hat ein amerikanischer Physiker bewiesen, dass sich die beiden Erklärungsmodelle - die Vakuum-Neutrino-Oszillationen und die so genannte MSW-Theorie - in einem gewissen Bereich überschneiden.

Wenn ein Neutrino keine Masse hat, lässt sich sein Leben leicht vorhersagen: Wird es als Mitglied einer Familie geboren, bleibt es dieser ein Leben lang erhalten. Besitzt es aber Masse, befindet es sich in einem Zustand, der aus den verschiedenen Neutrinos, Elektron- , Myon- und Tau-Neutrino, zusammengesetzt ist. Um das Ganze noch komplizierter zu machen, wechseln die Anteile auch noch ständig, so dass es vom Zeitpunkt abhängt, welche Art Neutrino ein Detektor erfasst. Der Mangel an Elektron-Neutrinos von der Sonne könnte also auf einem Überschuss an Myon-Neutrinos beruhen, in die sich die Elektron-Neutrinos verwandelt haben.

Gemäß der so genannten Vakuum-Oszillation verwandeln sich Neutrinos auf ihrer Reise von der Sonne zur Erde. Der anderen Theorie zufolge, die nach ihren Entwicklern Stanislaw Mikheyev, Aleksey Smirnov und Lincoln Wolfenstein MSW-Theorie genannt wird, wandelt die Sonne selbst mindestens die Hälfte der Elektron-Neutrinos in Myon-Neutrinos um, was Physiker als Materie-Effekte bezeichnen. Die Physik der Oszillationen, also der Umwandlungen, ist die Grundlage für beide Theorien. Aber welcher Effekt dominiert, hängt von Parametern ab, die es erst noch zu bestimmen gilt.

Ist der Massenunterschied zwischen den verschiedenen Neutrinos klein, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass Vakuum-Oszillationen stattfinden. Sonst verhält es sich umgekehrt. Bisher haben Berechnungen entweder die eine oder die andere Erklärung vorausgesetzt. Doch Alexander Friedland von der University of California in Berkeley hat jetzt gezeigt, dass sich beide in einem wichtigen Bereich überschneiden. In seinen Simulationen ergaben sich aus den Daten mehrerer Neutrino-Observatorien unterschiedliche Ergebnisse, je nachdem, ob sie von nur von Vakuum-Oszillationen ausgingen oder beide Effekte kombinierten. Außerdem wies Friedland nach, dass die meisten Forscher unsauber gearbeitet haben, indem sie einen Bereich eines Neutrino-Parameters, des so genannten Mischungswinkels, nicht beachtet haben.

"Die ersten Forscher in dem Gebiet wussten, dass es diesen Bereich gibt", sagt Friedland. "Aber die meisten haben es allmählich vergessen", weil sich die Forschungsgruppen in der Regel auf eine einzige Theorie konzentrierten. John Bahcall vom Institute for Advanced Study in Princeton sagt, dass Neutrino-Physiker diesen Aspekt in Berechnungen über Vakuum-Oszillationen nicht mehr vernachlässigen sollten. Manche astrophysikalischen Phänome sollten nun leichter zu verstehen sein, während andere Gebiete von der Entdeckung weniger betroffen wären. Doch solange nicht mehr neue Daten zu Verfügung stehen, werden Forscher die wahre Natur der Neutrino-Oszillationen nicht wirklich verstehen können.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 8.6.1998
"Die Masse macht's"
Spektrum der Wissenschaft 10/99, Seite 44
"Der Neutrinomasse auf der Spur"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 8/98, Seite 14
"Neutrinomasse nachgewiesen?"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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