Wissenschaftler teilen neue Details über mysteriöses 'Geisterteilchen'

(CNN) Neutrinos, so genannte „Geisterteilchen“, die im Universum verstreut sind, können laut einer neuen Studie 10 Millionen Mal leichter sein als die Masse eines Elektrons.

Neutrinos werden als geisterhaft bezeichnet, weil sie extrem flüchtige oder dampfförmige kosmische Teilchen sind, die jede Art von Materie durchdringen können, ohne sich zu verändern. Sie haben fast keine Masse – aber jetzt haben Wissenschaftler die Masse der leichtesten Art von Neutrinos berechnet.

Sie können durch die extremsten Umgebungen reisen, wie Sterne, Planeten und ganze Galaxien, und bleiben dabei unverändert. Aber Neutrinos sind zwar hochenergetisch, haben aber keine Ladung. Nicht einmal das stärkste Magnetfeld kann ihnen etwas anhaben.

Im vergangenen Jahr konnten Wissenschaftler zum ersten Mal den Ursprung eines hochenergetischen, winzigen Neutrinos nachweisen. Es reiste 3,7 Milliarden Lichtjahre weit zur Erde. Entdeckt wurde es von Sensoren tief im antarktischen Eis im IceCube-Detektor.

Wissenschaftler und Observatorien auf der ganzen Welt konnten das Neutrino zu einer Galaxie zurückverfolgen, in deren Zentrum sich ein supermassereiches, schnell rotierendes Schwarzes Loch befindet, das als Blazar bezeichnet wird. Die Galaxie befindet sich links von der Schulter des Orion in seinem Sternbild und ist etwa 4 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Die verschiedenen Arten von Neutrinos treten mit drei verschiedenen Massen auf, aber das leichteste war bisher unbekannt. Und auch sonst wissen die Astronomen noch nicht viel über die Unterschiede zwischen diesen drei Typen.

Die Studie wurde am Donnerstag in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

„Hundert Milliarden Neutrinos fliegen jede Sekunde von der Sonne durch den Daumen, selbst nachts“, sagte Arthur Loureiro, Studienautor und Doktorand in der Abteilung Physik &Astronomie des University College London. „Das sind sehr schwach interaktive Geister, über die wir nur wenig wissen. Was wir wissen, ist, dass sie bei ihrer Bewegung zwischen ihren drei Geschmacksrichtungen wechseln können, und das geht nur, wenn mindestens zwei ihrer Massen ungleich Null sind.“

Die Mischung aus drei verschiedenen Massen sei wie das Mischen von Eissorten, sagte er.

„Die drei Geschmacksrichtungen kann man mit einer Kugel Eis vergleichen, die Erdbeer, Schokolade und Vanille enthält“, sagte Loureiro. „Drei Geschmacksrichtungen sind immer vorhanden, aber in unterschiedlichen Verhältnissen, und das wechselnde Verhältnis – und das seltsame Verhalten des Teilchens – kann nur dadurch erklärt werden, dass Neutrinos eine Masse haben.“

Die Idee, dass Neutrinos eine Masse haben, brachte den Wissenschaftlern Takaaki Kajita und Arthur McDonald 2015 den Nobelpreis für Physik ein.

Um die geringe Masse des leichtesten Neutrinos zu berechnen, wurden Daten von 1,1 Millionen Galaxien verwendet, die von Teilchenphysikern und Kosmologen gesammelt wurden. Damit konnten sie die Expansionsrate des Universums messen. Neutrinos sind im Universum weit verbreitet, aber schwer zu entdecken. Die Wissenschaftler benötigten so viele Daten wie möglich, um bei ihren Forschungen einen Vorteil zu haben.

„Wir haben Informationen aus einer Vielzahl von Quellen verwendet, darunter weltraum- und bodengestützte Teleskope, die das erste Licht des Universums beobachten, explodierende Sterne, die größte 3D-Karte der Galaxien im Universum, Teilchenbeschleuniger, Kernreaktoren und mehr“, sagte Loureiro.“Da Neutrinos zwar reichlich vorhanden, aber winzig und schwer fassbar sind, brauchten wir jedes verfügbare Wissen, um ihre Masse zu berechnen, und unsere Methode könnte auf andere große Fragen angewandt werden, die Kosmologen und Teilchenphysiker gleichermaßen beschäftigen.“

Der Supercomputer, bekannt als Grace, am University College London ermöglichte es den Forschern, ein mathematisches Modell zu erstellen. Der Supercomputer leistete eine halbe Million Rechenstunden, was auf einem einzelnen Prozessor 60 Jahre gedauert hätte.

Die Forscher fanden heraus, dass die Masse 10 Millionen Mal leichter als ein Elektron ist. Die Berechnung dieser Masse kann Forschern helfen, die sich mit dunkler Materie, dunkler Energie und der Struktur des Universums beschäftigen.