Quantengravitation am Südpol untersucht
Diese Sensoren sind Teil des Neutrino-Observatoriums IceCube, gelegen neben der Amundsen-Scott-Station in der Antarktis. Sie überwachen Neutrinos, nahezu masselose und elektrisch neutrale Teilchen aus dem Weltraum. Ein Team des Niels Bohr Instituts (NBI) der Universität Kopenhagen hat eine Methode entwickelt, die Daten dieser Neutrinos zu nutzen, um die Präsenz der Quantengravitation zu erforschen.
Physiker versuchen, zwei unterschiedliche Gebiete zu vereinigen: die klassische Physik, die die Gravitation und unsere alltägliche Umgebung erklärt, und die Quantenphysik, die die atomare Welt beschreibt. Tom Stuttard, Assistenzprofessor am NBI und Mitautor eines Artikels in der Zeitschrift Nature Physics, spricht von dieser Vereinigungsqueste als einer der größten Herausforderungen der Grundlagenphysik.
Ihre Studie hat mehr als 300.000 Neutrinos untersucht, hauptsächlich aus der Erdatmosphäre stammend, die durch Kollisionen zwischen hochenergetischen Weltraumpartikeln und Molekülen wie Stickstoff in unserer Atmosphäre entstanden sind. Diese Neutrinos sind einfacher zu studieren als jene aus dem fernen Weltraum, da sie zahlreicher sind, was eine Validierung ihrer Methodologie ermöglichte. Jetzt ist das Team bereit, zur nächsten Phase überzugehen: die Untersuchung von Neutrinos aus dem tiefen Weltraum.
Das Neutrino-Observatorium IceCube ist einzigartig, da es ermöglicht, den Weltraum vom entgegengesetzten Hemisphäre der Erde aus zu beobachten, wobei die Neutrinos unseren Planeten ohne Störung durchqueren können. Über 300 Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern nehmen an diesem Projekt teil.
Neutrinos, die in der Lage sind, Milliarden von Lichtjahren durch das Universum zu reisen, ohne verändert zu werden, könnten Hinweise auf die Quantengravitation geben, wenn sie auf ihrer Reise subtile Veränderungen erfahren. Neutrinos existieren in drei Formen oder "Geschmacksrichtungen": elektronische, myonische oder tauonische Neutrinos. Ihre Fähigkeit, während der Reise den Geschmack zu wechseln, ein Phänomen, das als Neutrino-Oszillation bekannt ist, ist ein quantenmechanisches Verhalten, das durch Quantengravitation gestört werden könnte.
Die in Nature Physics veröffentlichte Studie hat keine durch Quantengravitation verursachten Veränderungen bei atmosphärischen Neutrinos gefunden, aber das bedeutet nicht, dass sie nicht existieren. Die von diesen Neutrinos zurückgelegten Entfernungen sind im Vergleich zu den interstellaren Distanzen relativ kurz, und eine längere Reichweite könnte notwendig sein, um einen Effekt der Quantengravitation zu beobachten.
Die Forscher bleiben optimistisch. Mit ihrer Methodologie und in Erwartung zukünftiger Messungen mit astrophysikalischen Neutrinos sowie der Entwicklung präziserer Detektoren hoffen sie, endgültig die Frage der Existenz der Quantengravitation zu beantworten.