Woraus bestehen wir, unser Planet, unser Universum? Warum halten die kleinsten Einzelteile unseres Körpers zusammen und warum leuchtet eigentlich die Sonne? Ein halbes Jahrhundert lang hatten Physiker dank des Standardmodells der Teilchenphysik die Antwort parat. Doch Anfang des Jahrtausends bewiesen die Physiker Takaaki Kajita und Arthur McDonald: Das Modell erklärt bei Weitem nicht alles, es gibt mehr.

Mit der Erkenntnis mischten sie die Wissenschaft auf – so sehr, dass Kajita und McDonald dieses Jahr dafür den Physik-Nobelpreis bekommen haben. Der große Umsturz der Teilchenphysik fußt dabei auf dem Verständnis von etwas ganz Kleinem, den Neutrinos.

Die Elementarteilchen entstehen beispielsweise im strahlenden Innern der Sonne oder wenn kosmische Teilchen auf die Erdatmosphäre prasseln. Jahrelang schien ein Teil dieser geheimnisvollen Partikel auf dem Weg in die Messgeräte der Forscher einfach zu verschwinden. Die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger bewiesen: Die Teilchen gehen nicht verloren, dahinter steckt bloß eine bis dato unbekannte Physik.


Neutrinos wechselwirken kaum mit anderen Teilchen, sondern fliegen meist einfach durch sie hindurch. Ganz selten bloß stößt deshalb ein Neutrino mit einem Atomkern oder einem Elektron zusammen und erzeugt dabei ein neues geladenes Teilchen, das Forscher dann in ihren Detektoren nachweisen können. Ihr spärliches Auftreten verlieh den Winzlingen den Spitznamen "Poltergeister".

Nachgewiesen und doch nicht genug

Von der ersten Vorhersage bis zum ersten Nachweis verging deshalb fast ein Vierteljahrhundert. Inzwischen sind drei Sorten bekannt: Das Elektron-, das Myon- und das Tau-Neutrino, die sich alle in ihren physikalischen Eigenschaften definitiv – wenn auch abstrakt – unterscheiden. 1956 fanden die US-amerikanischen Forscher Clyde Cowan und Frederick Reines das Elektron-Neutrino in ihrem Detektor. Der erste Nachweis eines Myon-Neutrinos gelang in den 1960er Jahren und schließlich wurde im Jahr 2000 auch das Tau-Neutrino gesichtet. Nachgewiesen waren sie also alle, aber mit der Menge gab es Probleme.

Unsere Sonne beispielsweise erzeugt ausschließlich Elektron-Neutrinos. Von denen, so die Berechnungen der Wissenschaftler, sollte eine bestimmte Menge durch das Weltall zur Erde reisen und sich dort nachweisen lassen. Doch egal, wie viele Messungen sie anstellten, immer fehlte ein Teil der vorhergesagten Elektron-Neutrinos. Gleiches galt für Myon-Neutrinos, die in der Atmosphäre erzeugt wurden: Stets zählten Wissenschaftler zu wenige.