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Live-Aufnahmen aus dem Herzen der Sonne |
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Die Herausforderung für die Neutrinoforschung ist nicht, dass es zu wenig Neutrinos gibt. Ganz im Gegenteil: Bis zu 70 Milliarden Neutrinos durchqueren im Sekundentakt einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche. Sie haben allerdings unterschiedliche Energie und sind nur ein Bestandteil eines ganzen Strahlenschwarms. Auf die Detektoren der Wissenschaftler hagelt außer Neutrinos auch ein ganzer Schwall von anderen Teilchen und Strahlung ein. Das Borexino-Team ist deshalb mit seinem Experiment in den Untergrund geflüchtet - einen Kilometer unter die Erdoberfläche. Im Untergrundlabor Gran Sasso in den italienischen Abruzzen haben die Wissenschaftler eine riesige Neutrinofalle aufgebaut, die am 16. Mai dieses Jahres in Betrieb genommen wurde. Das Herzstück des Borexino-Experiments ist sein Detektor, der 300 Tonnen Flüssigkeit enthält. "Wir fanden in den ersten Messungen heraus, dass etwa 50 Neutrinos pro Tag aus dem Berylliumzerfall im Inneren des Detektors Lichtblitze erzeugen", sagt Lothar Oberauer von der TUM.
Wir sind in den Untergrund gegangen und haben den Detektor wie eine Matrjoschka mit mehreren Hüllen gebaut, um möglichst viel dieser Strahlung abzuschirmen Stefan Schönert, Max-Planck-Institut für Kernphysik
Rasen Neutrinos durch diese Flüssigkeit, Szintillator genannt, dann prallen sie dort auf einzelne Elektronen in den Atomen. Die Elektronen erhalten dabei ein Teil der Energie vom Neutrino und übertragen diese auf benachbarte Moleküle. Deren Elektronen klettern dann auf ein höheres Energieniveau - das Molekül ist dadurch in einem angeregten Zustand. Die Elektronen schwingen unruhig auf ihren neuen Bahnen umher und springen letztendlich auf ihre ursprünglichen Plätze zurück, aber nicht ohne einen Preis dafür zu bezahlen: Sie müssen Energie abgeben, indem sie Lichtteilchen aussenden. 2200 Sensoren beobachten dabei dieses Licht und senden die Signale an einen Computer. Der zeichnet dann in Echtzeit auf, wie viel Energie die Lichtblitze haben und woher sie kommen. Auf diese Weise machen die Forscher eine Art Schnappschuss von den durchrasenden Neutrinos. Die Fotos zeigen mit einer Genauigkeit von bis zu 13 Zentimetern an, woher die Lichtblitze aus dem 14 Meter großen Detektor kommen.
Allerdings kann auch andere Strahlung wie natürliche Radioaktivität oder Teilchen aus dem fernen Weltall diese Lichtblitze auslösen. "Daher sind wir in den Untergrund gegangen und haben den Detektor wie eine Matrjoschka mit mehreren Hüllen gebaut, um möglichst viel dieser Strahlung abzuschirmen", erklärt Stefan Schönert. Im Kern des Detektors hält eine speziell angefertigte, nur 100 Mikrometer dünne Nylonschicht den Szintillator in Form. Weitere Flüssigkeitsschichten, von einer Stahlhüllen gestützt sind, schirmen zusätzlich andere Einflüsse ab, etwa kosmische Strahlung oder das radioaktiv zerfallene Radon. Alle Materialen wurden extra für das Borexino-Experiment ausgewählt und auf ihre Reinheit hin untersucht. Die Forscher nutzen aber auch einfache Mittel - Wasser höchster Reinheit zum Beispiel. 2400 Tonnen Wasser wurden unter strengen Bedingungen gefiltert und dienen als äußerer Strahlenpuffer.
"Die größte Herausforderung war für uns aber, vorher die Teile des Detektors von kleinsten Spuren natürlicher, radioaktiver Verunreinigungen zu befreien", sagt Stefan Schönert. Die einzelnen Teile und die Flüssigkeiten für den Detektor wurden unter strengster Qualitätskontrolle produziert, gereinigt und montiert. Nur so können die Forscher ausschließen, dass nicht etwa die Bauteile der Neutrinofalle das Szintillationslicht auslösen. "Diese unerwünschten Effekte hätten es unmöglich gemacht Sonnenneutrinos zu beobachten", sagt Oberauer.
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