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Spuren des Zerfalls

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 27.04.2012 13:18

Geoneutrinos sind die flüchtigen Zeugen einer Kernspaltung im Erdinneren. Sie verursachen in den Detektoren ein charakteristisches Lichtsignal, an dem sie erkannt werden können.

Geoneutrinos entstehen beim Zerfall eines Atomkerns im Mantel. "Dabei werden unter anderem zwei Teilchen abgeben", erklärt Bill McDonough, "ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino." Diese Elektron-Antineutrinos bezeichnen die Forscher als Geoneutrinos. Sie haben verglichen mit ihren aus dem All einströmenden Verwandten eine wesentlich geringere Energie, solche aus Uran-238 und Thorium-232 1,8 Mega-Elektronenvolt (MeV) und etwas darüber, diejenigen von Kalium-40 sogar noch weniger, 1,3 MeV. Astroneutrinos liegen typischerweise bei 50 MeV und mehr, die Geoneutrinos von Kernreaktoren oder nuklearen Explosionen immerhin noch bei 10 MeV.

Wegen der unterschiedlichen Energieniveaus müssen die Detektoren auf die Zielteilchen zugeschnitten werden. Das geschieht mit der Detektorflüssigkeit innerhalb der Kugelbehälter. Für Astroneutrinos ist es in der Regel reines Wasser, für Geoneutrinos muss man kohlenwasserstoffhaltige Flüssigkeiten nehmen, Öle etwa. Die Neutrinos treffen auf die Wasserstoffatome der Kohlenwasserstoffe und zerlegen sie in ein Neutron und ein Positron, das Antiteilchen zum Elektron. Das Positron findet innerhalb 150 Billionstelsekunden ein Elektron und geht mit ihm in einem Lichtblitz unter. 250 Millionstelsekunden später trifft auch das Neutron auf einen Partner und erzeugt einen Lichtblitz. "Zwei Lichtblitze kurz hintereinander und relativ nahe beieinander signalisieren uns, dass wir ein Geoneutrino gesehen haben", erklärt McDonough.

Ein Problem für die Messung von Geoneutrinos der Erde ist, dass Kernreaktoren ebenfalls solche Teilchen produzieren, und das in wesentlich größerer Zahl als die Erde. "Der japanische Detektor hat bislang 106 Geoneutrinos der Erde aufgefangen", erklärt McDonough, "aber gleichzeitig 700 Ereignisse verzeichnet, die von Reaktoren stammen." Diese Störsignale herauszufiltern, ist aufwendig und gelingt nur, indem man die Energie des Teilchens genau bestimmt. Sollten die Detektoren eines Tages zusätzlich zum Energiegehalt auch die Richtung bestimmen können, aus der das Teilchen kam, wäre die Bestimmung einfacher. Denn die Reaktor-Neutrinos kommen von der Erdoberfläche und damit genau aus der entgegengesetzten Richtung wie die eigentlich anvisierten Geisterteilchen.