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Sensation am Cern-Forschungszentrum: Relativitätstheorie widerlegt?

Sensation am Cern-Forschungszentrum : Relativitätstheorie widerlegt?

Genf (RP). Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit im Universum. Diese Aussage der Relativitätstheorie gerät ins Wanken. Denn in einem italienischen Labor haben Physiker Elementarteilchen, Neutrinos, gemessen. Und die haben eine Strecke von 730 Kilometern schneller zurückgelegt als das Licht. Das könnte eine Revolution der Physik einläuten.

Nichts kann sich schneller als das Licht bewegen — weil man dafür unendlich viel Energie benötigen würde. Jahrzehntelang galt diese Folgerung aus Einsteins Relativitätstheorie als nahezu unumstößlich. Genauso viele Jahrzehnte sind Physiker und Astronomen damit auch sehr erfolgreich gefahren. Schließlich bestätigten Messungen und astronomische Phänomene immer wieder die Richtigkeit der Relativitätstheorie. Doch nun rüttelt ein Versuch des europäischen Kernforschungszentrum Cern bei Genf an dieser Annahme. Denn dabei hat man Teilchen entdeckt, die sich anscheinend doch schneller als das Licht bewegen.

Um welche Teilchen handelt es sich genau?

Es geht um Neutrinos. Sie tragen keine Ladung und wurden 1930 vom österreichischen Physiker Wolfgang Pauli theoretisch vorhergesagt. Der Grund war, dass bei radioaktiven Zerfällen sonst Energie verloren gegangen wäre. Darum postulierte Pauli die Existenz eines neuen Teilchens, das kaum mit Materie wechselwirkt: Neutrinos können quasi das gesamte Universum durchfliegen, ohne von Planeten auf ihrer Flugbahn beeinflusst zu werden. Die Erde beispielsweise erreichen in jeder Sekunde und pro Quadratzentimeter etwa 60 Milliarden Neutrinos, die bei Kernreaktionen in der Sonne entstanden sind.

Die meisten davon fliegen einfach hindurch. Nur circa ein Dutzend stoßen mit einem Atom zusammen und können gemessen werden. Das gelang unter großem Aufwand erstmals 1956. Allerdings wurde damals nur ein Drittel der vorhergesagten Neutrinos festgestellt. Die Erklärung war, dass es nicht nur eine Art Neutrinos gibt, sondern gleich drei. Und diese drei Arten können sich zudem noch ständig ineinander umwandeln. Etwas, dass man Neutrino-Oszillation nennt.

Was wollte man mit dem Experiment erreichen?

Am Cern wollte man eben diese Oszillation näher untersuchen. Darum wurden — nicht im Super-Teilchenbeschleuniger LHC, sondern am kleineren "Super Proton Synchroton" — Neutrinos erzeugt. Weil sie aber so gut wie gar nicht mit Materie wechselwirken, musste ein komplexer Detektor in 730 Kilometer Luftlinie Entfernung aufgebaut werden: im italienischen Gebirgsmassiv Gran Sasso. Dort wollte man im Rahmen des Opera-Experiments möglichst viele der Neutrinos auffangen, die am CERN erzeugt wurden. Bislang wurden 15 000 Neutrinos nachgewiesen.

Und was genau stellte man dabei fest?

Schon vor Monaten fiel den Wissenschaftlern eine Anomalie auf, die sie aber zunächst für einen Messfehler hielten. Die Neutrinos kamen ein ganz klein wenig früher an, als sie eigentlich solltenm und waren schneller unterwegs, als sie es mit Lichtgeschwindigkeit sein könnten. Genauer gesagt, kamen sie 60 Milliardstel Sekunden früher an. Bezogen auf die Lichtgeschwindigkeit von etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde macht das einen Unterschied von 18 Meter aus. Das ist so, als ob man in einem Stadion eine Taschenlampe einschaltet, gleichzeitg losrennt und immer 18 Meter vor dem Lichtstrahl herläuft. Weil die Physiker diesen Unterschied immer wieder messen konnten, prüften sie ihre Instrumente, die Atomuhren und deren Genauigkeit. Ebenso kontrollierten sie alle Positionsdaten und maßen die Entfernung zum Cern bis auf zwanzig Zentimeter genau.

Und was war das Ergebnis?

Nach sechs Monaten intensiver Prüfung kamen die Physiker zu dem Schluss, dass die Neutrinos vom Cern tatsächlich schneller als das Licht unterwegs sind. Etwas, was als physikalische Unmöglichkeit galt und was es nicht geben dürfte, sogar ausgeschlossen war. "Es ist eine totale Überraschung", sagt Opera-Sprecher Antonio Ereditato von der Universität Bern.

Wie sicher sind die Ergebnisse?

"Wir haben keinen Messfehler entdecken können, der das Ergebnis auf einfache Weise erklären könnte", so Ereditato. Das Cern fordert nun Wissenschaftler weltweit auf, die Daten zu analysieren und das Experiment zu wiederholen. Ein normaler wissenschaftlicher Vorgang: Gerade bei einer Entdeckung mit dieser Tragweite muss sie zunächst geprüft und das Ergebnis unabhängig vom Cern bestätigt werden.

Was sind die Folgerungen daraus?

Obwohl die Relativitätstheorie sich jahrzehntelang bewährt hat und erst kürzlich noch von Messungen einer Nasa-Sonde bestätigt wurde, kann sie nicht ganz stimmen — immer vorausgesetzt, dass die Neutrinos tatsächlich schneller als das Licht unterwegs waren. Man könnte sicher Ausnahmen konstruieren. Doch das wäre kein eleganter Ausweg, sondern ein Eingeständnis, dass man etwas nicht wirklich versteht. Vielmehr müsste die Relativitätstheorie erweitert oder ein unter Umständen völlig neuer Ansatz entwickelt werden, der überlichtschnelle Teilchen zulässt — und gleichzeitig auch die bislang bestätigten Ergebnisse der Relativitätstheorie beinhaltet. Das aber würde eine neue Ära der Physik einläuten.

Und die langfristigen Konsequenzen?

Die Ergebnisse haben schon jetzt einen Hauch von Science Fiction, vom Raumschiff Enterprise und Perry Rhodan. Denn mit überlichtschnellen Teilchen wäre vielleicht auch eine Kommunikation mit Überlichtgeschwindigkeit über weite Strecken in Echtzeit möglich. Oder der große Traum könnte wahr werden: ein Antrieb, der Menschen ins All trägt — schneller als das Licht. Die Sterne wären damit auf einmal greifbar. Doch bis dahin wäre es noch ein sehr weiter Weg.

Hier geht es zur Infostrecke: Fragen und Antworten zum Teilchenbeschleuniger LHC

(RP)