Das IceCube-Labor am Südpol im Mondlicht © Emanuel Jacobi/NSF

Die Geisterjäger schlummern in rund anderthalb bis zweieinhalb Kilometern Tiefe im ewigen Eis der Antarktis. 5.160 basketballgroße Kugeln aus Glas und Metall stecken im Boden nahe dem Südpol. Unter der Eisdecke formen sie einen gigantischen Würfel mit einer Seitenlänge von einem Kilometer. 

IceCube ist derzeit noch der größte Teilchendetektor, den der Mensch je installiert hat. Seine Kugeln sind Lichtsensoren, die seit 2010 blauen Leuchtschimmern hinterherjagen. Es sind die Signaturen von Phantomen. Zahllose davon umgeben uns und durchströmen nahezu in Lichtgeschwindigkeit zu jeder Zeit das All, die Erde und ihre Lebewesen: Neutrinos.

Diese Elementarteilchen sind die Verkörperung des Nichts. Sie gleiten leichter durch die Materie als der Wind durch geöffnete Fenster. Selbst Astrophysiker nennen sie Geisterteilchen. Kein Elementarteilchen existiert in solch einer Fülle. Sie entstehen im Innern der Sonne, wenn Sterne explodieren, schwarze Löcher aufeinanderprallen oder Gammablitze zucken. 

Die großen Fragen der Astronomie

Da sie so gut wie nichts aufhält, streift ein Teil von ihnen seit dem Urknall vor mehr als 13 Milliarden Jahren durchs All. Deshalb sind Astrophysiker so scharf auf die Elementarteilchen. Sie sind bestenfalls Boten längst vergangener Zeiten. Sie könnten helfen, die großen Fragen der Astronomie zu beantworten: Wie entstand alles aus nichts? Was folgte auf den Urknall und wie entwickelte sich der Kosmos zu dem, was er heute ist?

Die Lichtfallen des IceCube-Detektors könnten greise Geisterteilchen aufspüren. Vielleicht haben sie es nun. Wie das geht? Äußerst selten stößt sich ein Neutrino an einem Atomkern. Passiert dies im frostigen Untergrund des Südpols, hinterlässt die Kollision zwischen Neutrino und Wassermolekül einen blauen Schimmer. Den können die sensibeln Lichtsensoren des IceCube-Detektors einfangen. Aus den Daten errechnen Computer die Energie der kollidierten Neutrinos.

Hunderttausende solcher Karambolagen hat IceCube schon aufgezeichnet. Denn in der irdischen Atmosphäre entstehen in jeder Sekunde unzählige Geisterteilchen durch ein Zusammenspiel mit kosmischer Strahlung. Diese jungen Neutrinos sind aber nicht sehr energiereich.

Umso erstaunter waren die rund 260 Wissenschaftler der IceCubeCollaboration, als sie im April 2012 Spuren zweier Geisterteilchen entdeckten, die den ungewöhnlich hohen Energiewert von einem Peta-Elektronenvolt überschritten. Keine erdatmosphärischen Neutrinos würden wohl solche Werte erreichen.

Schneller als Teilchen im LHC

Die Forschergruppen aus acht Ländern tauften die beiden Elementarteilchenspuren auf die Namen Ernie und Bert. Sie suchten weiter und identifizierten in den IceCube-Daten 26 weitere energiereiche Ereignisse, die seit Inbetriebnahme des Teilchenfinders aufgetreten sind. Sie überschreiten alle eine Schwelle von 30 Tera-Elektronenvolt (ein Tera-Elektronenvolt sind ein Tausendstel Peta-Elektronenvolt). Damit sind auch sie um ein Vielfaches energiereicher als bislang von IceCube gemessene Neutrinospuren. Und sie sind weit schneller als alle Teilchen, die bislang im größten irdischen Beschleuniger, dem Genfer LHC, durch den Untergrundröhrenring geschickt wurden. Hier sind Protonen mit acht Tera-Elektronenvolt hindurchgesaust. Künftig soll die Geschwindigkeit noch 13 Tera-Elektronenvolt erreichen, das enstpricht zu mehr als 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.