Das liegt an einem unscheinbaren Elementarteilchen, das bei der Fusion von Wasserstoff zu Helium so nebenher entsteht und das für die Sonne eigentlich recht bedeutungslos ist: das Neutrino. Es ist ein neutrales Teilchen, von dem erst seit kurzem weiß, ob es mehr einem Lichtteilchen ähnelt, also mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fliegt, oder ob es auch langsamer fliegen und eine sogenannte Ruhemasse besitzen kann wie das Elektron oder das Proton. Wir wissen noch wenig vom Neutrino, denn es reagiert fast nie mit den anderen Teilchen der Materie. Es merkt nichts von einer dicken Bleiwand, die ihm im Wege steht. Es durchfliegt sie, ohne eine Spur zu hinterlassen. Neutrinos entstehen im Zentralgebiet der Sonne, dort, wo die Sonnenenergie frei wird. Sie können die 700 000 Kilometer bis zur Oberfläche durchdringen, ohne stecken zu bleiben. Die 150 Millionen Kilometer bis zur Erde durchläuft jedes Neutrino in etwa acht Minuten. Ungehindert passiert es den Erdkörper. Deshalb werden wir nicht nur bei Tage von dem Strom aus vielen Milliarden Sonnenneutrinos pro Quadratzentimeter und Sekunde getroffen, auch nachts sind wir der Neutrinostrahlung ausgesetzt, die dann von unten kommt. Zum ersten Mal beobachtet wurde ein Neutrino - beziehungsweise seine Wechselwirkung mit einem Atom - im Jahre 1956 von Frederick Reines, Professor an der University of California, Irvine, der für seine Entdeckung 1995 den Nobelpreis erhielt.

Es gibt nur wenige Atomsorten, die mit den Neutrinos überhaupt reagieren können, und wenn, tun sie das äußerst selten. Das Chlor (genauer das 37 Cl) zählt dazu, und das Gallium (71 Ga). In den siebziger Jahren hat der amerikanische Physiker Prof. Raymond Davis versucht, die von den Sonnenneutrinos in 650 Tonnen einer Chlorverbindung hervorgerufenen Reaktionen zu zählen. Der Chlortank war in einer alten Goldmine aufgestellt, 1500 Meter unter der Erdoberfläche, wo keine Störungen die Messung verfälschen können. Das Ergebnis war erschreckend: Nur ein Viertel der zu erwartenden Neutrinos waren gekommen. Ein anderes Experiment in Japan brachte ein ähnliches Ergebnis. Waren die Modelle der Astrophysiker falsch? Die Physiker suchten nach Fehlern im Experiment, die Astrophysiker überprüften ihre Modelle und brachten Verbesserungen an - die Diskrepanz blieb. Das Problem war, daß die Experimente unter Tage nur auf Neutrinos höherer Energie ansprachen. Solche aber kommen nicht von den für die Energieerzeugung der Sonne wichtigen Teilreaktionen her - etwa dem Verschmelzen zweier Protonen zu einem Kern des schweren Wasserstoffs -, sondern von Nebenreaktionen, die bei den für die Fusion nötigen Temperaturen gewissermaßen nebenher ablaufen. Dabei entsteht instabiles Beryllium (7Be), das ein Elektron einfängt und ein Neutrino aussendet. Und es bildet sich instabiles Bor (8B), bei dessen Zerfall ein Neutrino entsteht. Diese Prozesse sind nicht wichtig für die Energiebilanz der Sonne, doch nur auf sie sprechen die Empfänger an. Die Neutrinos aus der für die Energieerzeugung wichtigen Reaktion, dem Verschmelzen zweier Wasserstoffkerne, haben eine niedrigere Energie - konnten also bei den Experimenten in den USA und in Japan gar nicht gemessen werden. Wie steht es mit ihnen? Seit 1991 warten im Gran-Sasso-Massiv in Italien in einer Nebenkammer eines Autobahntunnels - 1200 Meter unter der Erdoberfläche - die Atome von dreißig Tonnen Gallium auf Sonnenneutrinos. Diese wandeln im Galliumtank pro Tag zwar nur ein Galliumatom in ein Germaniumatom um, doch es ist möglich, die sich im Laufe von Wochen angesammelten Germaniumatome zu zählen. Der Vorteil des Galliumexperiments, das unter der Leitung des Heidelberger Physikers Prof. Till Kirsten steht, liegt darin, daß Gallium auch für die von der für die Energieproduktion in der Sonne wichtigen Verschmelzung herrührenden niederenergetischen Neutrinos empfindlich ist, für welche die früheren Anlagen blind waren. Inzwischen liegen Ergebnisse vor. Die Sonnenphysiker können aufatmen, denn die von der Energieerzeugung der Sonne herrührenden Neutrinos scheinen alle da zu sein. Doch von den energiereicheren, von den Nebenreaktionen herrührenden Neutrinos kommen nach wie vor zu wenige.

Die Frage, ob die Astronomen nun ihre Sonne oder die Physiker ihre Neutrinos nicht gut genug verstehen, scheint sich mehr und mehr zu Gunsten der Astronomen beantworten zu lassen. Alle bisherigen Messungen sind miteinander und auch mit den Computermodellen für die Sonne vereinbar, wenn man annimmt, daß das Neutrino nicht völlig ohne Ruhmasse ist. Dann nämlich kann es sich vorübergehend in eine von zwei anderen Neutrinoarten umwandeln, für die auch das Galliumexperiment blind ist. Tatsächlich kam 1995 aus den Laboratorien von Los Alamos die Nachricht, daß die Neutrinos eine Ruhemasse besitzen, die nach ihren Ergebnissen jedoch nur etwa einem Hunderttausendstel der Masse des Elektrons entspricht. Doch das würde ausreichen. Dann nämlich wäre von den von der Sonne kommenden Neutrinos in jedem Augenblick ein bestimmter Prozentsatz in einem anderen Neutrinozustand, auf den die Anlagen nicht ansprechen. Das Forscherteam des internationalen Super-Kamiokande Projekts stellte Mitte 1998 erstmals Ergebnisse vor, mit denen die Neutrinomasse belegt werden soll. Physik-Professor James Stone von der Boston University und zugleich US-Sprecher des Super-Kamiokande Forscherteams: "Diese Beweise werfen ein neues Licht auf die grundlegenden Fragen über die Natur unseres Universums und die Standard-Modelle der Teilchenphysik". Die neuen Beweise basieren auf Studien an Neutrinos, die entstehen, wenn kosmische Strahlung die oberen Schichten der Erdatmosphäre bombardieren. Dort werden durch Kettenreaktion sekundäre Partikel gebildet, die auf die Erde herab prasseln. Da Neutrinos kaum Wechselwirkungen eingehen und nach den neuen Ergbnissen vermutlich noch leichter sind und nur die zehnmillionste Masse eines Elektrons besitzen, durchqueren die meisten von ihnen die Erde unbeeinflußt. Die Super-Kamiokande-Forschergruppe verwendet für ihre Untersuchungen einen 50.000-Tonnen-Tank, der mit besonders sauberem Wasser gefüllt ist und sich in einem Bergwerk in Mitteljapan in 1000 Meter Tiefe befindet. Durcheilen die Neutrinos das Wasser, geben sie kaum sichtbare Lichtblitze ab, die von 13.000 Photoelektronenvervielfachern registriert werden. Durch eine Klassifizierung der Neutrinos in Elektronen-Neutrinos und Myonen-Neutrinos und die Zählung der relativen Anteile als Funktion der Entfernung von ihrem Entstehungspunkt, konnten die Wissenschaftler feststellen, daß die Myonen-Neutrinos "oszillieren". Unter Oszillation versteht man hier den Wechsel des Neutrino-Typs während es sich durch Raum oder Materie bewegt. Dieser Effekt kann aber nur auftreten, wenn Neutrinos eine Masse besitzen. Jetzt müssen die beteiligten Wissenschaftler abwarten, ob andere Experimente diese Ergebnisse bestätigen - bereits jetzt spricht das Magazin "Science" von einer der wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen des vergangenen Jahres.

Super-Kamiokande
In diesem riesigen Detektor im japanischen Kamioka sucht eine internationale Forschergruppe nach Geisterteilchen aus der Sonne.