Neutrinos sind faszinierende Kleinstteilchen: Sie durchfliegen Materie beinahe ohne Widerstand und da sie ungeladen sind, interagieren sie kaum mit anderen Teilchen. Ihre Spuren sind deshalb nur schwer zu finden, dabei sind sie für die Teilchenphysiker von ganz besonderem Interesse: Die drei Neutrino-Typen können sich nämlich ineinander verwandeln. Ein Müon-Neutrino kann sich in ein Elektron-Neutrino umwandeln, aber auch in ein Tau-Neutrino. Die Verwandlung eines Müon- in ein Tau-Neutrino wurde 2010 erstmals beobachtet – im Opera-Experiment, welches das Albert Einstein Center (AEC) der Universität Bern mitträgt. An der «International Conference Neutrino 2012», die soeben in Kyoto stattgefunden hat, konnten jetzt die Berner vom «Opera»-Experiment abermals ein weiteres «Tau»-Event präsentieren, das diese Verwandlung nachweist.

Bern auch in Japan mit dabei

Die Berner Gruppe war gemäss Teamleiter Antonio Ereditato auch bei der in Kyoto präsentierten Entdeckung der Verwandlung von Müon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos im japanischen «T2K»-Experiment mit dabei. Nachdem man genau vor einem Jahr Indizien gefunden hatte, konnte die Umwandlung nun zum ersten Mal signifikant nachgewiesen – und damit ein für die Physiker wichtiger Schlüsselparameter festgemacht werden.

Von Symmetrie und Asymmetrie

Die Beweise für diese sogenannte Neutrino-Oszillation stellen die Physik auf den Kopf. Michele Weber vom AEC erklärt: «Das Standard-Modell für die heute geltenden physikalischen Grundlagen sieht diese Umwandlungen nicht vor. Es geht nämlich davon aus, dass die Neutrinos ohne Masse sind.» Die entdeckten Umwandlungen setzten aber eine gewisse Masse der Teilchen voraus, und somit müsse das Standard-Modell wohl bald ausgebaut werden.

Die nun nachgewiesene Tatsache, dass sich alle drei Neutrino-Typen ineinander verwandeln können, hat weitreichende Folgen: «Sie bedeutet unter dem Strich nämlich, dass bei den Neutrinos ein Gleichgewicht zwischen Materie (Neutrinos) und Antimaterie (Anti-Neutrinos) besteht», so Weber. Sie könne damit eine wichtige Rolle im Verständnis der Asymmetrie im Universum spielen. «Diese Asymmetrie zu messen, wird ein zentraler Bestandteil der Forschung in den kommenden Jahren sein.»

… und auch in den USA

Nun lancieren die Berner Teilchenphysikerinnen und -physiker zusätzliche Projekte in der Neutrino-Forschung in Europa und in den USA: Sie sind bei der Laguna-Initiative der EU dabei, welche zukünftige Detektoren und Experimente entwickelt; in diesen werden gemäss Weber Technologien auf der Basis von kryogenischem Argon eingesetzt. Am Fermilab Laboratory in Batavia (USA) sind Berner Physiker am «MicroBoone»-Experiment beteiligt, das bereits eine solche Technologie einsetzt.

Diese neuen internationalen Projekte und die Resultate aus den beiden internationalen Kollaborationen «Opera» und «T2K» unterstreichen gemäss Antonio Ereditato «die wichtige Rolle der Berner Teilchenphysikerinnen und -physiker an der Neutrino-Forschung».