Auf der Spur der Extra-Dimensionen
Neutrino-Teleskop am Südpol soll Existenz schwarzer Minilöcher nachweisen
Das geplante Neutrino-Teleskop "Ice Cube" am Südpol könnte helfen, die Voraussagen der String-Theorie zu überprüfen. Das schreiben Forscher um Luis Anchordoqui von der Northeastern University und seine Kollegen im Fachblatt "Physical Review Letters". Falls weniger Neutrinos von unten im Teleskop ankommen als von oben, könnte dies an winzigen Schwarzen Löchern liegen, die der String-Theorie zufolge durch die Kollision von Elementarteilchen zuweilen entstehen.
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Die String-Theorie versucht, die Kluft zwischen zwei fundamentalen physikalischen Theorien zu überbrücken: Die Quantentheorie, die Vorgänge im atomaren Bereich beschreibt, und die Allgemeine Relativitätstheorie, die die Wirkung der Schwerkraft behandelt, lassen sich bislang nicht unter einen Hut bringen. Die String-Theorie versucht, das Problem durch zusätzliche Dimensionen zu lösen. Eine der Voraussagen der exotischen Theorie besteht darin, dass schwarze Löcher entstehen, wenn Teilchen mit extrem hoher Energie aufeinander prallen. Dabei handelt es sich freilich um Miniatur-Ausgaben der kosmischen Monster, die in kürzester Zeit unter Erzeugung eines Teilchenschauers wieder zerfallen.
Für irdische Teilchenbeschleuniger liegen die nötigen Energien zur Erzeugung der Minilöcher außerhalb ihrer Reichweite. Extrem schnelle kosmische Teilchen könnten aber solche Schwarzen Löcher erzeugen, wenn sie mit Teilchen der Erdatmosphäre kollidieren. Anchordoqui und seinen Kollegen zufolge könnte sich das Phänomen indirekt mit einem Neutrino-Teleskop nachweisen lassen.
Neutrinos sind Elementarteilchen, die kaum mit normaler Materie reagieren – sie fliegen durch alles hindurch. In dem seltenen Fall, dass ein Neutrino doch einmal mit einem Wasserstoff-Atomkern reagiert, bildet sich ein blauer Lichtblitz. Neutrinoteleskope befinden sich dort, wo sich viele Wasserstoff-Atome auf einem Haufen befinden, zum Beispiel in den Tiefen des Baikal-Sees, des Mittelmeers und im Eis der Antarktis.
Am Südpol ist derzeit das ein Kubikkilometer große Neutrinoteleskop "Ice Cube" im Bau. Es besitzt sechs Mal so viele Detektoren wie sein Vorgänger Amanda. Die Energie eines Neutrinos und die Richtung, aus der es kam, lassen sich über einen Lichtblitz bestimmen, der bei der Kollision mit einem Wasserstoff-Atom entsteht.
Falls es mehr als vier Dimensionen gibt, müssten mehr Neutrinos von oben ins Eis eindringen als von unten, so die Überlegung der Forscher. Denn der Teilchenschauer, den in der Atmosphäre entstandene schwarze Minilöcher erzeugen, erhöht die Zahl der von oben eintreffenden Neutrinos. Das Schwarze-Loch-Phänomen führt den Forschern zufolge außerdem dazu, dass einige Hochenergie-Neutrinos auf ihrem Weg durch die Erde stecken bleiben. Das sollte die Zahl der Neutrinos, die von unten auf das Teleskop treffen, zusätzlich reduzieren.
"Die Neutrinos, die im Kosmos auf unvorstellbare Energien gebracht wurden, könnten den Fußabdruck der neuen Physik aufspüren", sagt Mitverfasser Haim Goldberg. "Es ist eine aufregende Ära in der Hochenergiephysik."
Ute Kehse
