Goldener Käfig

Am CERN in der Schweiz tüfteln Forscher derzeit an zwei kubischen Kammern. In den Würfeln mit zwölf Metern Seitenlänge wollen die Physiker im Rahmen des DUNE-Projekts Neutrinos aufspüren und ihr Verhalten studieren. Neutrinos sind elektrisch neutrale, massearme Teilchen und lassen sich kaum nachweisen. Neutrinos entstehen beispielsweise bei Kernreaktionen, in der Sonne oder anderswo im Universum und sind praktisch allgegenwärtig. Meist durchdringen sie jegliche Materie und treten nur selten damit in Wechselwirkung, etwa nur wenn sie auf große Atomkerne treffen. Das heißt: Je dichter das Material und je größer dessen Atomkerne sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Atomkerne und Neutrinos zusammenstoßen.

Stößt ein Neutrino auf einen Atomkern, setzt das eine Kettenreaktion in Gang, bei der mehrere Elektronen freigesetzt werden. Um diese zu detektieren und so mehr über die Neutrinos selbst zu erfahren, sollen die beiden 1728 Kubikmeter großen CERN-Kammern – NP02 und NP04 getauft – mit dem Edelgas Argon gefüllt und auf -184°C abgekühlt werden. Bei dieser Temperatur wird das Gas in den Kammern flüssig. In diesem Aggregatzustand nimmt Argon die größtmögliche Dichte an, in der sich Elektronen noch gut ausbreiten können. Zudem ist Argon besonders reaktionsträge, sodass die freigesetzten Elektronen anschließend nicht noch einmal mit anderen Argon-Atomen interagieren.

Sind die Kammern mit etwa 800 Tonnen flüssigem Argon gefüllt, werden sie mit Neutrinos aus dem Teilchenbeschleuniger CERN beschossen. Unter der golden schimmernden Edelstahlbeschichtung von NP02 und NP04 verbergen sich Elektronen-Detektoren, die dann die Messung aufnehmen. „Mehr über Neutrinos zu lernen hilft uns, besser zu verstehen, wie sich das frühe Universum entwickelt hat und warum die Welt aus Materie besteht und nicht aus Antimaterie“, sagt Stefania Bordoni vom CERN, die sich mit der Entwicklung von Neutrino-Detektoren beschäftigt.

2018 nehmen NP02 und NP04 ihre Arbeit auf. Ende der 2020er-Jahre soll dann ein 20-fach größeres Experiment in der Sanford Underground Research Facility im US-Bundesstaat South Dakota starten.

Foto: Maximilien Brice