Sie bewegen sich extrem schnell und lassen sich kaum einfangen – Neutrinos sind keine einfachen Forschungsobjekte. Trotzdem jagen Physiker den winzigen Elementarteilchen nach, denn sie können Boten aus fernen Galaxien aus längst vergangenen Zeiten sein.

Das Gerät, das sie dafür brauchen, sind riesige Teilchendetektoren. Eine sehr große Anlage dieser Art gibt es in der Antarktis, daher auch ihr Name: IceCube. Was dieses Ding jetzt gemessen hat, klingt abstrakt: Es wurden erstmals 28 Neutrinos mit einer Energie von mehr als 30 Billionen Elektronenvolt registriert. "Hä?", denkt sich der Laie. "Wow", der Physiker. Denn es bedeutet, dass diese Teilchen höchstwahrscheinlich aus den Tiefen des Weltalls stammen, ein Ort, an den kein Teleskop blicken kann. 

Dank dieser Teilchen könne man künftig das Innere explodierender Sterne und andere kosmische Phänomene beobachten, schreibt das Forscherteam, das im Magazin Science über den Neutrino-Fund berichtet.

"Das ist der erste Hinweis auf extrem hochenergetische Neutrinos, die von jenseits unseres Sonnensystems kommen", sagt der Projektleiter der Detektoranlage IceCube, Francis Halzen von der University of Wisconsin-Madison. Zwar registrierten bereits 1987 mehrere Detektoren Neutrinos von einem in der Großen Magellanschen Wolke explodiertem Stern. "Die jetzt mit IceCube nachgewiesenen Neutrinos haben jedoch eine millionenfach höhere Energie", sagt Markus Ackermann vom Forschungszentrum Desy in Zeuthen bei Berlin. "Damit erleben wir vielleicht die Geburtsstunde der Neutrino-Astronomie."

Ein Blick in explodierende Sterne

Weil Neutrinos den ganzen Erdball, auch den menschlichen Körper, nahezu unbemerkt und folgenlos durchdringen, sind sie extrem schwer nachzuweisen. Gleichzeitig ist es genau diese Eigenschaft, die sie für Physiker so spannend macht: Denn Teilchen, die sich im Weltall nicht durch die erstbeste Staub- oder Gaswolke ablenken lassen, können tief ins Innere eines Sterns vordringen, in Sphären, über die Astronomen dringend mehr wissen wollen. Brennend interessiert sie etwa, was bei der Explosion extrem massereicher Sterne passiert. Die Neutrinos könnten ihnen dabei helfen.

Da diese Partikel also kaum etwas aufhält, braucht man große Mengen an Materie, um sie überhaupt einmal zu einer Reaktion zu bewegen. Am besten eignen sich zur Teilchenfahndung möglichst reine Stoffe: Wasser oder Eis zum Beispiel. Beides gibt es in der Antarktis natürlich reichlich. Reagiert ein Neutrino dann endlich mit einem Wassermolekül, so entstehen elektrisch geladene Teilchen, die fast mit Lichtgeschwindigkeit durch das Eis rasen und dabei Licht aussenden. Dieses Licht heißt Tscherenkow-Strahlung – und nach ihm suchen die Forscher mithilfe von IceCube. 

Die Anlage besteht, wie schon der Name verrät, aus einem gigantischen Eiswürfel mit einer Kantenlänge von einem Kilometer. An diesem Block suchen die Physiker mit ihren Messgeräten nach den natürlich vorkommenden Neutrinos. Weil allerdings kein Sensor empfindlich genug ist, um ein einzelnes Teilchen nachzuweisen, gibt es Verstärker, die ganze Teilchenströme erzeugen. 5.160 gibt es davon in der IceCube-Anlage. Sie stecken bis zu 2,5 Kilometer tief im arktischen Eis. Mit dieser Technik fangen die Forscher das Tscherenkow-Licht nicht nur ein, sondern können auch die Richtung bestimmen, aus der es kommt.

Im April 2012 stießen die IceCube-Forscher erstmals auf zwei Neutrinos mit extrem hoher Energie. Für sich genommen, hätten diese beiden Teilchen jedoch auch durch kosmische Strahlen in der irdischen Atmosphäre entstanden sein können. Doch eine vertiefte Suche in den von Mai 2010 bis Mai 2012 gesammelten Daten förderte 26 weitere hochenergetische Neutrinos zutage – deutlich mehr, als in der Erdatmosphäre entstehen können, meinen die Forscher.

Dass die rasenden Teilchen aus dem All kommen, daran haben die Forscher keinen Zweifel. Nur, bei welcher Sternenexplosion sie geboren wurden oder wie sie sonst genau entstanden sind, das verraten die bisher entdeckten Energiebündel noch nicht. Um das zu klären, müssten die Physiker mehr davon nachweisen. Daran arbeiten sie jetzt weiter – an ihrem Rieseneiswürfel am Südpol.