Neutrino-ForschungZweifel an Einsteins Relativitätstheorie nur ein Kabelfehler?

Neutrinos schneller als Licht? Teilchenphysiker brachten 2011 Einsteins berühmte Theorie ins Wanken. Doch führten wohl technische Probleme zur vermeintlichen Sensation. von afp, dpa und reuters

Das Foto eines Monitors zeigt die erste hoch-energetische Kollision, die im Rahmen des CMS-Experiments 2010 am Cern beobachtet worden ist.

Das Foto eines Monitors zeigt die erste hoch-energetische Kollision, die im Rahmen des CMS-Experiments 2010 am Cern beobachtet worden ist.  |  © Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

Ein fehlerhafter Kabelanschluss hat möglicherweise die Messungen des Atomforschungszentrums Cern bei Genf mit ultraleichten Teilchen verfälscht, die vor einem halben Jahr die Relativitätstheorie von Albert Einstein infrage gestellt hatten . Wie das Cern mitteilte, sind die im September 2011 ermittelten Daten vermutlich das Ergebnis eines simplen Messfehlers. Kabelanschlüsse seien als mutmaßliche Fehlerquellen identifiziert worden.

Das Genfer Forschungslabor für Teilchenphysik hatte herausgefunden, dass sich winzige Elementarteilchen namens Neutrino möglicherweise schneller fortbewegen als Licht. Das wäre eine Revolution in der Teilchenphysik , denn ihr liegt die von Einstein 1905 veröffentlichte Spezielle Relativitätstheorie zugrunde, nach der die Lichtgeschwindigkeit die oberste Geschwindigkeitsgrenze im Universum ist. Sie wurde noch in keinem Experiment eindeutig durchbrochen.

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Den damals veröffentlichten Messungen zufolge legten die Teilchen die 730 Kilometer lange Strecke zwischen dem Cern und einen unterirdischen Forschungslabor im italienischen Gran Sasso mit einer Geschwindigkeit zurück, die um 60 Nanosekunden über der des Lichtes lag. Neutrinos sind elektrisch neutrale Partikel. Sie sind so winzig, dass erst kürzlich entdeckt wurde, dass sie überhaupt über Masse verfügen.

Erkenntnismaschine

Der Large Hadron Collider (LHC) am Kernforschungszentrum Cern soll helfen, die letzten Fragen der Physik zu beantworten: Wie fing das Universum an? Woraus besteht es? Was hält es zusammen? Dazu werden in einem 27 Kilometer langen ringförmigen Tunnel Protonen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Haushohe Detektoren zeichnen die Spuren jener Teilchen auf, die beim Zusammenstoß entstehen.

Das wichtigste Ziel des LHC war es, zu klären, ob es das Higgs-Boson gibt. Das von manchen zum »Teilchen Gottes« verklärte Partikel war lange Zeit der letzte Bestandteil im Standardmodell der modernen Physik, der noch nicht nachgewiesen wurde. Es erklärt, warum die Dinge überhaupt eine Masse haben. 2012 schließlich haben Physiker erste Hinweise gefunden – mittlerweile ist die Existenz des Higgs-Bosons bestätigt. Peter Higgs und François Englert haben 2013 daher den Nobelpreis in Physik erhalten. Sie hatten die Existenz des Teilchens bereits 1964 theoretisch vorhergesagt.

Zwei mögliche Fehlerquellen

Das Cern nannte nun zwei mögliche Fehlerquellen: Zum einen könnte ein Kabel, das ein externes GPS-Signal an eine Kontrolluhr weitergibt, zu Fehlern bei der Geschwindigkeitsmessung geführt haben. Als andere potentielle Fehlerquelle nannte die Forschungseinrichtung einen Oszillator, der zur Synchronisierung der GPS-Signale dient.

Elementarteilchen: Materie

Als Elementarteilchen werden all jene Bausteine bezeichnet, die (soweit Physiker wissen) nicht weiter zerlegbar sind.

Das bekannteste Elementarteilchen ist das Elektron, das gemeinsam mit den selteneren Myonen und Tauonen zu den Leptonen zählt. Neben diesen drei Leptonen gibt es noch drei unterschiedliche Neutrinos, die ebenfalls zu den Elementarteilchen zählen. Neutrinos entstehen etwa bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken oder bei der Kernfusion in der Sonne.

Darüber hinaus gibt es sechs weitere Elementarteilchen, die Quarks. Aus ihnen bestehen etwa Protonen und Neutronen, aus denen der Kern eines Atoms aufgebaut ist.

Zusammen bilden diese insgesamt 12 Elementarteilchen die Grundbausteine der Materie. Entsprechend gibt es 12 Antiteilchen, die die Antimaterie bilden.

Kräfte

Nicht alle Elementarteilchen sind Bestandteil der Materie. Es gibt fünf weitere Elementarteilchen, die als Austauschteilchen Kräfte übertragen.

Das Gluon klebt Quarks im Atomkern zusammen, das Photon vermittelt die elektromagnetische Kraft. W-- und W+- Teilchen sowie Z-Teilchen spielen beim radioaktiven Zerfall eine Rolle.

Insgesamt gibt es daher also derzeit 29 Elementarteilchen, die im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik die Zusammensetzung der Welt erklären.

Higgs-Boson

Ein möglicher Kandidat für das 30. Elementarteilchen ist das Higgs-Boson, das Forscher mithilfe des Teilchenbeschleunigers LHC im Forschungszentrum Cern nachgewiesen haben.

Nach einer Theorie des britischen Physikers Peter Higgs aus den sechziger Jahren muss ein bislang unbekanntes Feld (Higgs-Feld) alles durchdringen und sämtlichen anderen Elementarteilchen ihre Masse verleihen. Der Physiker erhielt 2013 zusammen mit François Englert für seine Theorie den Nobelpreis.

Physiker vergleichen den Higgs-Mechanismus gerne mit einer Cocktailparty unter Politikern: Zu Anfang sind die Anwesenden gleichmäßig verteilt, doch sobald der Premierminister den Raum betritt, zieht er andere Politiker stark an und sammelt sie haufenartig um sich herum. Bewegt er sich im Laufe der Party durch den Raum, wenden sich ihm ständig neue Zuhörer zu, während andere die Menschentraube verlassen.

So erhält der Premierminister ein größeres Gewicht – und auf ähnliche Weise erzeugt das hypothetische Higgs-Feld die Masse der Elementarteilchen. Eine einst als unveränderlich angesehene Eigenschaft wie die Masse wäre demnach nur das Ergebnis einer Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld – eine seltsame Vorstellung, die aber für Physiker nichts Ungewöhnliches ist.

Mit demselben Bild lässt sich auch eine weitere Folgerung aus der Theorie erklären: Der Cocktailparty-Mechanismus funktioniert nämlich auch, wenn ein Gerücht den Raum durchquert. Darum scharen sich ebenfalls Zuhörer und verleihen ihm so eine (wenn auch flüchtige) Masse. Auf ähnliche Weise soll das Higgs-Feld ein Higgs-Teilchen hervorbringen. Dessen Nachweis ist somit der beste Beleg für die ganze Theorie.

Die Forscher des Cern versicherten, sie hätten die Messungen sechs Monate lang immer wieder überprüft, bevor sie im September veröffentlicht wurden. Zugleich riefen sie die internationale Forschergemeinde zu einer Diskussion über das Ergebnis auf. Es sei eine neue, weiterreichende Testreihe im Mai geplant, kündigte ein Sprecher des Forschungsinstituts an. "Wir wollen sehen, ob es eine leichte Diskrepanz gab."

Am Cern wird physikalische Grundlagenforschung betrieben , vor allem mithilfe großer Teilchenbeschleuniger. An dem weltweit größten Zentrum für Teilchenphysik mit rund 3.150 Mitarbeitern beteiligen sich 20 Staaten.

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Leserkommentare
  1. Hab ich doch gleich gewusst, dass da noch irgendwas rum kommt an Fehlerquellen. :)
    Ich will nicht urteilen, ob es nun etwas gibt, dass schneller ist als Licht oder nicht, aber, vor allem bei solchen Experimenten, ist eine Fehlerquote = 0 unerreichbar.
    Ich bin höchst gespannt, wie die Experimente weiter verlaufen und was noch so ans Licht gebracht wird. (Hihi, Wortspiel).
    Gebt nicht auf, ich beneide euch um eure Arbeit.

    4 Leserempfehlungen
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    • grrzt
    • 24. Februar 2012 16:39 Uhr

    "Sobald die Zinsknechtschaft abgelegt ist, dürfen auch Neutrinos schneller als das Licht sein." Ja, das stimmt, denn sobald meine Oma Schlittschuh fährt, darf Weihnachten Weihnachten auch am 12.07. sein, gell? Haben Sie vielleicht auch etwas Inhaltliches zu bieten? Oder haben Sie nur viel Zeit?

  2. Sobald die Zinsknechtschaft abgelegt ist, dürfen auch Neutrinos schneller als das Licht sein.

    Wer unser Geldsystem durchschaut, kann Vieles ableiten. Es wird ein neues Weltbild verhindert, in dem freie Energie eine Selbstverständlichkeit ist. (Schwarzes Loch emittiert Neutrinos und versorgt Sonnen und Planeten mit Energie und Materie.)

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    • rvn
    • 23. Februar 2012 17:04 Uhr

    versuchen Sie es mal mit ernsthafter Literatur, anstatt mit solchen Pseudowissenschaften. Oder, haben Sie ihr "Wasserauto" denn nun schon fertig?

    Wenn die Zinsknechtschaft abgelegt ist, dann werden Ihnen sicherlich auch Flügel entsprießen, auf das Sie durch die Welt flattern und Ihre weltbewegenden Erkenntnisse den befreiten Knechten predigen können.

    Mir gehen die verehrten Mitforisten, die hier bei jeder halbwegs passenden und häufig auch bei völlig unpassenden Gelegenheiten das gegenwärtige Geldsystem als finsteren Irrglauben verdammen und ihre an sich ja zumindest diskussionswürdigen Alternativen so penetrant und ideologisch eingeengt propagieren wie die Zeugen Jehovas auch langsam auf die Nerven.

    Meine Quelle in dieser Angelegenheit ist der Prof. Konstantin Meyl. (Neutrinopower)
    Diejenigen, die sich mit meinem Beitrag angesprochen fühlen, sind wohl genau die Personen , die ich auch ansprechen will.
    Das sind genau die, mit der Schere im Kopf. Die Wahrheit im Hinterkopf, der gesamte Koper aber tief im Arsch der Finanzeliten, um Geld zu erbetteln, daß der kleine Mann erwirtschaftet.
    Und wohl wissend, daß der kleine Mann letztendlich ihre Forschung zahlt, wird er über die Ergebnisse gnadenlos angelogen.

    • rvn
    • 23. Februar 2012 17:04 Uhr

    versuchen Sie es mal mit ernsthafter Literatur, anstatt mit solchen Pseudowissenschaften. Oder, haben Sie ihr "Wasserauto" denn nun schon fertig?

    5 Leserempfehlungen
  3. Wenn die Zinsknechtschaft abgelegt ist, dann werden Ihnen sicherlich auch Flügel entsprießen, auf das Sie durch die Welt flattern und Ihre weltbewegenden Erkenntnisse den befreiten Knechten predigen können.

    3 Leserempfehlungen
  4. was auch immer dabei rauskommt

  5. Mir gehen die verehrten Mitforisten, die hier bei jeder halbwegs passenden und häufig auch bei völlig unpassenden Gelegenheiten das gegenwärtige Geldsystem als finsteren Irrglauben verdammen und ihre an sich ja zumindest diskussionswürdigen Alternativen so penetrant und ideologisch eingeengt propagieren wie die Zeugen Jehovas auch langsam auf die Nerven.

  6. Oh, dann muss dieses Kabel für 34 Milliarden sicherlich wieder ausgetauscht werden. Noch mal 22 Milliarden dann für die Testläufe, und...

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    Oh, der typische Kommentar der darüber meckert, wie teuer das alles ist. Nur zur Information: Für alle Experimente, die mit dem LHC zusammenhängen, wurde KEIN zusätzliches Geld ausgegeben, alles wurde aus dem regulären Budget des CERN bezahlt. Und wer das als zu hoch empfindet, sollte sich mal den Haushalt der beteiligten Staaten anschauen, und dann die Verhältnismäßigkeit noch mal überdenken.

    Kleine Anmerkung noch: Die Formulierung, Neutrinos seien "so winzig, dass erst kürzlich entdeckt wurde, dass sie überhaupt über Masse verfügen", ist ziemlich fehlleitend. Nach Stand der Wissenschaft sind Neutrinos nicht "winzig", sondern punktförmig. Auch korreliert bei Elementarteilchen die Masse nicht zwangsläufig mit der Ausdehnung. Statt "winzig" könnte man vielleicht einfach "leicht" schreiben. Ist aber natürlich etwas spitzfindig...

    Geld für Krieg da ist...
    Ich bin froh, dass noch etwas für die Wissenschaft übrig bleibt!

    • MrDarcy
    • 23. Februar 2012 17:45 Uhr
    8. Schade

    für alle Verschwörungstheoretiker.

    Die Flat Earth Society (Jaja, die gibts wirklich. Ich empfehle das Internet-Forum jedem, der es nicht glauben kann) hatte schon gejubelt, denn wenn die Relativitätstheorie widerlegt worden wäre, wäre damit auch gleich gezeigt, dass unser gesamtes Weltbild auf falschen Annahmen fußt, z.B. der dummen Annahme unsere Erde hätte Kugelgestalt. Nun sagt man halt, der angebliche Messfehler ist nur eine Verschöleierungstaktik der weltumspannenden Verschwörung der Kugel-Erd-Lobby bzw. der gleichgeschalteten Presse.

    Aber nun im Ernst. Eine Sensation zu erwarten wegen einer einzigen Messreihe ist doch sehr verwegen. Solange eine Messung nicht mehrfach von unabhängigen Gruppen bestätigt werden konnte, kann man nicht von einer neuen Entdeckung sprechen. Das erinnert an die ganze Geschichte von der kalten Fusion, die allerdings nur bei einer einzigen Forschurgruppe in Japan funktionierte und nie mehr wiederholt werden konnte. Eine einzige Messung hat noch nie ein Weltbild umgeworfen. Deswegen fand ich die Berichterstattung um die angeblich überlichtschnellen Neutrinos von Anfang an für überzogen.

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  • Quelle ZEIT ONLINE, dpa, AFP, Reuters
  • Schlagworte Albert Einstein | Cern | Grundlagenforschung | Relativitätstheorie | Revolution | Teilchenbeschleuniger
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