Vor zwei Jahren wurde die Erde vom energiereichsten Neutrino der Geschichte getroffen. Bis jetzt waren sich Wissenschaftler nicht sicher, ob es sich um einen Messfehler handelte. Eine Studie bestätigt nun, dass die Entdeckung des sogenannten „Phantomteilchens” real war.
Vor einigen Jahren registrierte ein Unterwasser-Detektor für kosmische Teilchen ein Neutrino, dessen Energie 20- bis 30-mal höher war als die aller anderen Neutrinos, die jemals zuvor gemessen wurden. Mit einer berechneten Energie von 220 Petaelektronenvolt (PeV), wobei der Durchschnittswert bei etwa 10 PvE liegt, brach diese Entdeckung alle Rekorde und versetzte einen Großteil der Fachwelt in Aufruhr. Sie warf auch viele Fragen hinsichtlich ihrer Natur auf.
Für Teilchenphysiker gibt es nur zwei Erklärungen für die Existenz eines solchen anomalen Neutrinos: Entweder handelt es sich um den Nachweis eines bisher unbekannten kosmischen Prozesses, der unser Verständnis von Neutrinos revolutionieren könnte, oder um einen enttäuschenden Messfehler. Die Wissenschaft sagt, man solle sich mit der Lösung dieses Rätsels um die Teilchen mit minimaler Masse, die Materie durchdringen, ohne sie zu verändern, den sogenannten „Phantasteilchen”, nicht beeilen. Zu einer Antwort zu gelangen, wie auch immer diese aussehen mag, ist schwieriger, als es scheint.
Obwohl die Obergrenze der Neutrinomasse bereits zuvor berechnet worden war, lieferte das KATRIN-Experiment ein Ergebnis auf der Grundlage direkter Beobachtungen.
In einer umfassenden Studie wurde dieses einzige vom KM3NeT/ARCA-Teleskop registrierte Neutrino mit anderen wissenschaftlichen Datenbanken verglichen, die Informationen über bisher entdeckte Phantomteilchen enthalten (bezeichnet als KM3-230213A). Niemand hat jemals etwas Ähnliches gesehen, aber auf der Grundlage der verfügbaren Daten kann man sagen, dass dieses bemerkenswerte hochenergetische Neutrino keine statistische Illusion war.
. So wie ein Stein die Natur eines Berges nicht beschreiben kann, kann ein Neutrino mit einer Energie von 220 PeV nicht dazu dienen, das Phänomen zu bestimmen, das es hervorgebracht hat. In dem Dokument wird eingeräumt, dass die verfügbaren Informationen nicht ausreichen, um „endgültige Schlussfolgerungen darüber zu ziehen, ob die Beobachtung auf das Vorhandensein einer neuen Komponente mit extrem hoher Energie im Spektrum hinweist”.
Kosmische Neutrinos: das beste Szenario
Wenn es mehr solcher Aufzeichnungen gäbe, würde die Neutrinoforschung einen bedeutenden Schritt nach vorne machen, glauben die Forscher. „Dies könnte bedeuten, dass wir zum ersten Mal kosmische Neutrinos beobachten, die bei der Wechselwirkung von kosmischer Strahlung mit dem Mikrowellenhintergrund entstanden sind, oder es könnte auf eine neue Art von astrophysikalischer Quelle hinweisen“, heißt es in der Studie.
Der Energiebereich der Neutrinos von 2023 steht im Zusammenhang mit kosmischen Teilchenbeschleunigern wie aktiven Galaxienkernen, Supernova-Explosionen, relativistischen Jets von Schwarzen Löchern oder Gammastrahlenausbrüchen. Im Gegensatz dazu weisen klassische Signaturen, die von Teilchenobservatorien empfangen werden, auf das Vorhandensein von atmosphärischen Neutrinos hin, die durch die Kollision von kosmischen Strahlen mit Atomen der Atmosphäre entstehen, die die Erde erreichen. Technisch gesehen handelt es sich um identische Teilchen, aber ihre Herkunft beeinflusst ihre Energie.
„Die für KM3-230213A entdeckten Lichtmuster stimmen eindeutig mit denen überein, die für ein relativistisches Teilchen, das den Detektor durchquert, zu erwarten sind, wahrscheinlich ein Myon, was die Möglichkeit eines Fehlers ausschließt“, teilte die KM3NeT-Kollaboration in einer Erklärung mit. „Dank der rekonstruierten Energie und Richtung dieses Myons ist das wahrscheinlichste Szenario, und zwar mit großem Abstand, dass es durch die Wechselwirkung eines astrophysikalischen Neutrinos in der Nähe des Detektors entstanden ist, was diese Erklärung am natürlichsten macht.“
Verschiedene Wissenschaftsbereiche nutzen und erforschen Neutrinos aus unterschiedlichen Gründen. Einer der Hauptgründe ist, dass sie sich ohne Ablenkung oder Absorption durch das Universum bewegen und daher wertvolle Informationen über sehr weit entfernte kosmische Ereignisse liefern können. Einige Wissenschaftler betrachten sie als „Reporter des Universums“, die von Zeit zu Zeit mit Daten zur Erde kommen, die sonst nicht zugänglich wären.
