Neutrino-Forschung : Wankt Einsteins Relativitätstheorie?

Messungen zeigen: Neutrinos übertreffen die Lichtgeschwindigkeit. Unmöglich, wenn Einsteins berühmte Formel stimmt. Fehler oder Sensation?

Forschungsergebnisse gibt's, die gibt es gar nicht – oder sollte es zumindest nicht geben. So geschehen auf der Strecke zwischen Genf und Gran Sasso in Italien, genauer gesagt: zwischen dem europäischen Kernforschungszentrum Cern und dem italienischen Foschungslabor INFN. 730 Kilometer lang ist die Luftlinie zwischen beiden Instituten, womöglich auch zwanzig Zentimeter mehr oder weniger – eine größere Ungenauigkeit aber schließt die Opera-Forschungsgruppe aufgrund modernster Messmethoden (unter anderem mit GPS) aus. Mit Atomuhren wurde sichergestellt, dass an beiden Enden auf die Nanosekunde genau die gleiche Zeit herrschte – dann wurden Neutrinos, winzige Elementarteilchen, von Genf nach Gran Sasso geschossen.

Damit wollten die Forscher, zu denen auch der Berner Professor Antonio Ereditato gehört, vor allem seltene Veränderungen (Oszillationen) der in drei Variationen vorkommenden Neutrinos beobachten. Doch was sie außerdem beobachteten, könnte die Grundfesten der modernen Physik erschüttern. Denn nach 15.000 Messungen scheint festzustehen: Die Neutrinos bewegen sich schneller als Licht. Das aber ist mit Einsteins spezieller Relativitätstheorie , einer der am meisten überprüften Grundfesten der modernen Physik, unvereinbar.

"Das Ergebnis ist eine absolute Überraschung für uns gewesen", sagt Ereditato. "Wir haben monatelang gegengecheckt, aber bis jetzt haben wir keinen Hinweis darauf, was einen Messfehler verursacht haben könnte." Ereditato greift deshalb zu einem ungewöhnlichen Mittel: Er legt alle Ergebnisse offen und ruft andere Forscher auf, die Ergebnisse der am Cern beheimateten Opera-Forschungsgruppe zu widerlegen. "Wir freuen uns auf fremde Messungen, die die Natur unserer Beobachtungen erklären können."

Für Laien erscheint der Vorsprung, den Neutrinos vor dem Licht haben sollen, verschwindend gering: Es geht gerade einmal um eine Differenz von 20 ppm, also 20 parts per Million . Die Angabe meint, die Neutrinos bewegen sich um 0,002 Prozent schneller als das Licht, einen winzigen Bruchteil also. Doch liegt dieser Wert deutlich über der Messungenauigkeit der Versuchsanordnung von 0,0006 Prozent – damit ist das Ergebnis eigentlich eindeutig. "Die Lichtgeschwindigkeit als oberes Limit der Geschwindigkeit festzusetzen, erscheint sinnvoll, gerade zu Einsteins Zeiten, als kein anderes masseloses Partikel bekannt war", sagt Sergio Bertolucci, Forschungsdirektor am Cern. Neutrinos besitzen indes ebenfalls eine Ruhemasse von null.

Schon einmal maß man Neutrinos, die schneller als das Licht waren

Die elektrisch neutralen Elementarteilchen reagieren zudem so selten mit ihrer Umwelt, dass sie nach ihrer theoretischen Entdeckung zunächst als "Geisterteilchen" galten . 60 Milliarden Neutrinos pro Quadratzentimeter erreichen die Erde von der Sonne jede Sekunde. Während diese Menge die Erde ungehindert durchquert, stößt gerade einmal ein geschätztes Dutzend davon mit einem Atom im Erdinneren zusammen. Ein Neutrinostrom kann so vom einen Ende des Universums zum anderen gelangen, ohne etwa von auf seiner Bahn liegenden Planeten abgeschwächt zu werden. Aber warum Neutrinos schneller als Licht sein sollten, erklärt das nicht.

Dennoch ist es nicht das erste Mal, dass eine Neutrino-Geschwindigkeit über der des Lichts gemessen worden ist. Das im US-Bundesstaat Illinois beheimatete MINOS-Projekt veröffentlichte vor zwei Jahren ähnliche Zahlen – nur war die Messungenauigkeit bei den Experimenten größer als jetzt am Cern, sodass die Abweichung als Fehler betrachtet wurde. Vermutlich werde MINOS jetzt alles daran setzen, noch einmal und möglichst noch genauer als die Kollegen in Genf zu messen, glaubt Christian Spiering . Der Teilchenphysiker ist ein Experte für Neutrinos: Er gehört zu den Konstrukteuren des IceCube-Projektes , einem ein Kubikkilometer großen Messnetz unter dem antarktischen Eis, das die in kosmischer Strahlung enthaltenen Neutrinos messen soll.

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Kommentare

247 Kommentare Seite 1 von 23 Kommentieren

durchaus richtig

aber leider dürfen Teilchen, die schneller als das Licht sind nach bisheriger Vorstellung nicht mit anderen Teilchen wechselwirken, Neutronen unterliegen aber der Gravitation und der schwachen Wechselwirkung, deshalb dürften sie nach unserer Vorstellung nicht schneller als das Licht sein. Das ist auf jeden Fall eine sehr interessante Entdeckung, die einen Grundpfeiler der Physik infrage stellt. Übrigens ist das in meinen Augen auch zehnmal wichtiger und interessanter als ein eigener Palästinenserstaat, der 1. sowieso nicht zustande kommt, und 2. nichts verändern würde.

es ist ein weit verbreiteter Irrtum ...

... dass NICHTS schneller sein kann, als das Licht. Nur eben eben keine Objekte die eine Masse haben.

Würde ich mit einem Lichtstrahl an einen entfernten Himmelskörper leuchten und hier ein Objekt vor der Lichtquelle mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen, so würde sich der Schatten der auf den entfernten Himmelskörper auftrifft mit über Lichtgeschwindigkeit bewegen.

@159. es ist ein weit verbreiteter Irrtum ...

"Würde ich mit einem Lichtstrahl an einen entfernten Himmelskörper leuchten und hier ein Objekt vor der Lichtquelle mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen, so würde sich der Schatten der auf den entfernten Himmelskörper auftrifft mit über Lichtgeschwindigkeit bewegen."..

Die mögliche Antwort auf Gedankenspiel liegt in greifbarer Nähe:

Phänomen des Mikrolinseneffekt: Sobald sich ein Himmelskörper zwischen die Erde und einen weiter entfernten Stern schiebt, verzerrt und krümmt seine Anziehungskraft das Licht des hinter ihm liegenden Sterns. Für einen kurzen Moment vergrößert sich der Stern optisch und flackert vorübergehend auf.

http://www.zeit.de/wissen...

@Karl der Kleine

Ich bin mir sicher, das es noch Schnelleres als Lichtgeschwindigkeit gibt. Warum denn nicht ????

Man kann sich beliebig schnell durch den Raum bewegen. Allerdings lehrt die SRT, dass man sich dann auch schneller als gewöhnlich durch die Zeit bewegt, und zwar so, dass die Differenz der Quadrate zwischen dem zeitlichen und dem räumlichen Teil der so genannten Vierergeschwindigkeit stets gleich c² ist. Letztres setzt sich gemäß Satz des Pythagoras aus der Summe der Quadrate der räumlichen Geschwindigkeitskomponenten zusammen wie üblich.

Lichtgeschwindigkeit schwierig für Masse

Also ich finde es gerade zu naheliegend, dass Teilchen, die eine Ruhmasse von Null haben, überlichtschnell seinen MÜSSEN um eine Masse = Energie zu haben.

Durch Einsteinsformel wird die Ruh-Masse quasi unendlich, wenn man sie gegen c beschleunigt, entsprechend wird überlicht schnelle Masse Null, wenn man sie abbremst. Ich stelle mir die relation ungefähr so vor wie die - 1/x Funktion mit der Lichtgeschwindigkeit in der Mitte. Nähert man sich von links wird's unendlich, nähert man sich von rechts wird's echt klein und die beiden Kurven sind nicht verbunden, also ist auch klar, dass diese Massen nicht interagieren können.
Aber das ist nur meine laienhafte Vorstellung

Tachyonen

Also ich finde es gerade zu naheliegend, dass Teilchen, die eine Ruhmasse von Null haben, überlichtschnell seinen MÜSSEN um eine Masse = Energie zu haben.

Nein. Sie müssen genau die Geschwindigkeit c haben. Das ergibt sich aus der Lorentz-Formel. Bei v=c divergiert der Lorentzfaktor γ:=(1-(v/c)^2)^(-1/2). Für v>c (formal kann man's ja machen) würde man auch einen imaginären Wert kommen.
Falls Neutrinos tatsächlich mit v>c unterwegs sein sollten, wäre ihre Energie um so größer, je langsamer sie sind, und unendlich viel Energie müsste man ihnen zuführen, um sie auf genau c abzubremsen. Solche heute hypothetischen Teilchen nennt man Tachyonen von gr. tachys = schnell.

m0=0...

Die einzigen Teilchen, die bisher nachweislich eine Ruhemasse von Null haben, sind Gluonen, die aber aufgrund der Selbstwechselwirkung der Starken Kernkraft nie ungebunden auftreten, und Photonen. Photonen bewegen sich aber nun bekanntlich mit Lichtgeschwindigkeit, nicht schneller.
Hinzu kommt, dass die beobachtbare Neutrinooszillation darauf schließen lässt, dass zwischen den drei verschiedenen Neutrinogenerationen eine Massendifferenz existiert, was wiederum darauf schließen lässt, dass Neutrinos eine von Null verschiedene Ruhemasse besitzen.
Die Teilchenphysik steht also nun vor dem Problem, dass sich anscheinend Teilchen mit einer Ruhemasse größer Null schneller bewegen als solche, die eine Ruhemasse von Null besitzen.

Könnte das Zeitdifferenzial...

...nicht an einer anderen Fortbewegungsmethode von Neutrinopartikeln liegen?

Ich bin ja erst 14 und kenne mich nur sperrig in Quantenphysik aus,
doch was ich weiß ist, das Licht sich in Wellen bewegt.
Nun wäre die Frage, wie sich Neutrinopartikel bewegen.
Wenn sie sich nicht wie das Licht im "slalon" bewegen,
dann ist doch klar wieso das Licht erst später am Ziel ankommt.
Wenn man eine vorgegebene Strecke im "Slalon"
abfährt, erhöht man Automatisch die Strecke die man zurücklegen muss und somit den Zeitraum, in dem man die Strecke zurücklegen muss.
Ich hätte es schön gefunden, wenn man die Fortbewegung von Neutrinopartikeln im Artikel berücksichtigt hätte.

Bitte korrigiert mich, wenn ich etwas Falsches gesagt habe.
Das ist erst mein erster Artikel.

Ich wußte immer,

dass Einstein nicht unbedingt Recht haben musste. Würde Mozart in unserer Zeit leben (im Gegensatz zu Frau Grasser´s Meinung ist er nicht 100 sonder 219 Jahre tod), würde ihn der Schlag treffen, wenn er in eine Großstadt käme. Was würde er z.B. zu Autos, Flugzeugen, Handys, PCs, Popmusikgegröle, Freejazz, einer DVD usw. sagen? Noch vor 50 Jahren hätten die besten Wissenschaftler dieser Welt nicht verstanden, wie Digitaluhren oder Steuergeräte in einem Auto funktionieren.
Also warum sollte man nicht in ein paar Jahren wissen, dass man so schnell wie das Raumschiff Enterprise fliegen kann???

Oh Mann!

In der Wissenschaft geht es nicht um Recht haben, oder sich durchsetzen - auch wenn man das angesichts einiger Wissenschaftler wie Herrn Rahmstorff meinen könnte.

Es geht darum falsifizierbare Theorien aufzustellen. Solange sie nicht falsizifiert werden können, Vorhersagen machen, die andere Theorien nicht gemacht haben und diese die Welt exakter beschreiben, als bisherige Theorien, gelten sie als Stand der Wissenschaft.

Karl Popper, Logik der Forschung...

Wissenschaft ist im Gegensatz zu den Aussagen von Herrn Rahmstorff keine demokratsiche Abstimmung von Wissenschschaftlern, bei der die Theorie, die mehr Zustimmung erhält gilt.

ganz einfach unmöglich


Also warum sollte man nicht in ein paar Jahren wissen, dass man so schnell wie das Raumschiff Enterprise fliegen kann???

Weil man dann in der Zeit zurückreisen kann.

Weil man es nicht einmal schafft, die ganz ganz leichten (10^{-27} kg) Protonen auf eine Geschwindigkeit >= c zu bringen.

Weil die SRT so vielfach bestätigt ist, in einem gigantischen Geflecht gegenseitig abhängiger Theorien und Beobachtungen eingebaut ist, dass man sie schlecht rausnehmen kann

usw.

Raumschiff Enterprise

"Also warum sollte man nicht in ein paar Jahren wissen, dass man so schnell wie das Raumschiff Enterprise fliegen kann???"

Auch die Enterprise fiegt nicht schneller als das Licht. Ihre Warp-Antriebe krümmen den Raum vor ihr und dehnen den Raum hinter ihr so stark, dass eine Warpblase erzeugt wird, welche sich schneller als das Licht bewegt. Star Trek umgeht Einstein, indem es sagt, dass sich die Enterprise relativ zum Raum gar nicht bewegt, sondern die Raumzeit selbst. Deswegen brauchen die ja auch Antimaterie, um die Energie zu erzeugen, die benötigt wird, um eine solche Warpblase zu erschaffen.

LIebe Grüße
ein Nerd

Nichts ist unmöglich

Es ist zwar aus heutiger Sicht verdammt unwahrscheinlich, dass es Raumschiffe a la Enterprise geben wird und bleibt sicherlich eher ein Wunschtraum. Nichtsdestotrotz ist eine Theorie eine Theorie. Mit "herausnehmen" ist da nichts. Die Empirie braucht ja keine Theorie, um real zu sein. Und das Verständnis der Empirie könnte sich durch eine Theorie herstellen lassen, die die Relativitätstheorie ersetzt.

Nur im Idealfall

"Wissenschaft ist im Gegensatz zu den Aussagen von Herrn Rahmstorff keine demokratsiche Abstimmung von Wissenschschaftlern, bei der die Theorie, die mehr Zustimmung erhält gilt."

- das gilt genau so lange, bis Sie sich unter theoretische Physiker, Psychologen oder Philosophen begeben...

Im Prinzip haben Sie aber natürlich recht, so wie Sie es beschreiben, sollte es sein.