Kurzer Selbstversuch zum Einstieg. Schaut mal auf euren Daumennagel. Ganz konzentriert. Spürt ihr was?
Nein? Macht nichts. Die Teilchen, die da gerade durchrauschen, spüren euch nämlich auch nicht. Jede Sekunde sausen zig Milliarden Neutrinos durch diesen Daumennagel. Durch die Hand, durch den Schreibtisch, durch den Keller, durch die komplette Erde – und auf der anderen Seite wieder raus. Ohne anzuklopfen. Ohne Spuren zu hinterlassen.
Den Daumennagel-Trick hab ich mir übrigens bei Dirk Lorenzen geliehen, dem Astrophysiker hinter der „Sternzeit“ im Deutschlandfunk. Ehre, wem Ehre gebührt.
Und genau für diese Teilchen gab es diese Woche den Physik-Nobelpreis. Genauer gesagt: für den Mann, der sich überlegt hat, wie man sie trotzdem erwischt. Am Dienstag hat die Schwedische Akademie den Belgier Francis Halzen ausgezeichnet, 82 Jahre alt, Professor an der University of Wisconsin–Madison. Für seine „entscheidenden Beiträge zum IceCube-Neutrino-Observatorium und die Entdeckung hochenergetischer Neutrinos astrophysikalischen Ursprungs“.
Und zwar allein. Kein Trio, kein geteiltes Preisgeld, kein Gruppenfoto.
Das gab es beim Physik-Nobelpreis zuletzt 1992.
Die Geschichte fängt 1930 an, und zwar mit einer Notlüge. Wolfgang Pauli hat ein Problem: Beim radioaktiven Beta-Zerfall geht die Energiebilanz nicht auf. Irgendwas fehlt. Also erfindet er kurzerhand ein Teilchen, das die fehlende Energie mitnimmt – elektrisch neutral, quasi ohne Masse, praktisch unsichtbar. Er selbst nannte das einen „verzweifelten Ausweg“ und war ziemlich sicher, dass man so ein Ding niemals nachweisen könnte.
Enrico Fermi gab dem Phantom später seinen Namen: Neutrino, italienisch für „kleines Neutrales“. Klingt niedlich. Ist es nicht.
26 Jahre später, 1956, haben Clyde Cowan und Frederick Reines es dann doch erwischt, an einem Kernreaktor in South Carolina. Pauli soll per Telegramm geantwortet haben, sinngemäß: Wer warten kann, dem kommt alles. Geduld war in diesem Forschungsfeld schon immer eine Kernkompetenz.
Warum das so schwer ist? Neutrinos haben keine Ladung, kaum Masse und reagieren mit normaler Materie fast gar nicht. Licht wird von einer Wand gestoppt. Ein Neutrino bräuchte, um mit halbwegs guter Chance aufgehalten zu werden, eine Bleiwand von ungefähr einem Lichtjahr Dicke. Wir reden hier also nicht von schüchtern. Wir reden von komplett beratungsresistent.
Aber: Ganz, ganz selten knallt so ein Neutrino eben doch mal gegen einen Atomkern. Dabei entstehen andere Teilchen, und die erzeugen einen winzigen bläulichen Lichtblitz. Das Problem ist nur: Um diese Ausnahmefälle zu erwischen, braucht man verdammt viel Material. Und es muss dunkel sein. Und glasklar.
Francis Halzen hatte in den 1980ern die Idee, dafür das zu nehmen, was am Südpol ohnehin rumliegt: Eis. Kilometerdickes, uraltes, stockdunkles und extrem klares Gletschereis. 1988 hat er das Konzept zum ersten Mal vorgestellt. Erst kam ein Vorläufer namens AMANDA, dann das große Ding: IceCube.
Und so sieht das aus: Mit heißem Wasser wurden 86 Löcher bis zu zweieinhalb Kilometer tief ins Eis gebohrt. In jedes Loch kam eine lange Kette mit Lichtsensoren, jeder ungefähr so groß wie ein Basketball – insgesamt 5.160 Stück, verteilt zwischen 1.450 und 2.450 Metern Tiefe. Danach friert das Bohrloch wieder zu. Steinhart. Für immer. Wer da einen Sensor tauschen will, hat Pech gehabt.
Heraus kommt ein Detektor von einem Kubikkilometer Größe. Der größte Eiswürfel der Welt. Fertig wurde er im Dezember 2010, seit 2011 läuft er im Vollbetrieb.
Credit: IceCube Collaboration
Gekostet hat das Ganze rund 279 Millionen Dollar. Dirk Lorenzen rechnet vor, dass das weniger ist als ein einziger Tag der Artemis-2-Mission. Wer meinen Artemis-Artikel gelesen hat, weiß: Da kommt einiges zusammen. Lorenzen nennt IceCube deshalb ein Schnäppchen. Ich schließe mich an.
Und als jemand, der beruflich Leuten Dinge verkauft, muss ich sagen: Einen Kubikkilometer Eis am Ende der Welt als Teleskop zu pitchen, das sich kein Mensch je anschauen kann – Respekt. Halzen hat dafür jahrelang Wissenschaft und Forschungspolitik bearbeitet. Mit Charme. Und mit einer gehörigen Portion Sturheit.
IceCube registriert jede Menge Neutrinos. Das Allermeiste davon ist allerdings ziemlich langweilig: Teilchen, die in unserer eigenen Atmosphäre entstehen, wenn kosmische Strahlung auf Luftmoleküle trifft. Spannend wird es etwa einmal pro Woche. Dann blitzt ein Neutrino im Eis auf, das so viel Energie mitbringt, dass der Large Hadron Collider in Genf daneben aussieht wie eine Taschenlampe mit schwacher Batterie.
Die Highlights bisher:
2013 – der erste Nachweis: Es gibt sie wirklich, hochenergetische Neutrinos, die nicht aus der Nachbarschaft stammen, sondern von weit draußen aus dem All.
2018 – ein einzelnes Neutrino, das zeitgleich mit dem Ausbruch eines sogenannten Blazars eintraf. Das ist eine Galaxie mit einem aktiven Schwarzen Loch im Zentrum, das einen Teilchenstrahl ziemlich genau in unsere Richtung schießt. Entfernung: rund vier Milliarden Lichtjahre, Sternbild Orion.
2022 – rund 80 Neutrinos aus Richtung der Galaxie Messier 77, 45 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Walfisch. In deren Zentrum sitzt ein Schwarzes Loch mit etwa acht Millionen Sonnenmassen, das ordentlich Rabatz macht.
2023 – zum ersten Mal ein Bild unserer eigenen Milchstraße, gezeichnet nicht mit Licht, sondern mit Neutrinos.
Spiralgalaxie M77Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Leroy - CC-BY 4.0
Der Trick dabei: Neutrinos kommen von Orten, aus denen sonst nichts rauskommt. In der Umgebung Schwarzer Löcher ist so viel Gas und Staub, dass normales Licht dort festhängt. Neutrinos fliegen einfach durch. Und weil sie keine Ladung haben, lenken auch Magnetfelder sie unterwegs nicht ab. Sie zeigen also stur geradeaus auf ihren Ursprungsort. Perfekte kosmische Boten, eigentlich. Wenn sie nur mal stehen bleiben würden.
Übrigens ist IceCube nicht allein auf der Jagd. Im Mittelmeer vor Sizilien entsteht gerade KM3NeT, sozusagen der Unterwasser-Kollege. Der hat schon im halbfertigen Zustand den Rekord geholt: Im Februar 2023 ging ihm ein Neutrino mit rund 220 Petaelektronenvolt ins Netz, das energiereichste, das je beobachtet wurde. Veröffentlicht wurde das 2025. Woher das Ding kam? Weiß bis heute keiner so genau.
Jetzt könnte man denken: Neue Ära, Neutrino-Astronomie, wir gucken jetzt mit Geisterteilchen ins Universum. Ganz so weit ist es allerdings nicht. Und das sagt nicht irgendein Miesepeter, sondern Dirk Lorenzen, der selbst vor zwei Jahren auf Halzen als Nobelpreiskandidaten getippt hatte.
Sein Punkt: Der Neutrino-Himmel ist bislang ziemlich verschwommen. Man kann ungefähr sagen, aus welcher Ecke am Himmel ein Teilchen kam. So nach dem Motto: irgendwo da bei der Deichsel des Großen Wagens. Aber eben nicht, aus welcher Galaxie genau. Echte Zuordnungen zu einzelnen Quellen gibt es bisher kaum, und selbst die bei Messier 77 und dem Blazar von 2018 sind starke Hinweise, keine Beweise. Den großen Jubel über eine fertige Neutrino-Astronomie hält Lorenzen deshalb für übertrieben. Selbst das Nobelkomitee hat sinngemäß gesagt: Man ehrt eine großartige Entdeckung. Was sie für die Astronomie wirklich bedeutet, klären die nächsten Generationen.
Ich finde das ehrlich gesagt gar nicht enttäuschend. Im Gegenteil. Da hat einer vor fast 40 Jahren gesagt: Ich bau euch ein Werkzeug, von dem ich noch nicht weiß, was es alles finden wird. Und dann hat er es einfach gebaut. Das ist Grundlagenforschung in Reinform. Kein Prestigeprojekt, keine Flagge, kein Fotomoment für Präsidenten. Nur ein Haufen Leute, die wissen wollen, wie das Universum funktioniert.
Der Eiswürfel wird größer. Im Februar 2026 wurde ein erstes Upgrade abgeschlossen: sechs neue Sensorketten mit rund 670 zusätzlichen Sensoren, dichter gepackt, um den Detektor besser zu kalibrieren und auch Neutrinos mit weniger Energie zu erwischen. Viele der neuen Sensoren kommen übrigens aus Deutschland, unter anderem vom DESY in Zeuthen.
Danach soll IceCube-Gen2 kommen: rund acht Kubikkilometer Eis, etwa 10.000 Sensoren, fünfmal so empfindlich wie heute, dazu Radioantennen verteilt über mehr als 400 Quadratkilometer. Geplant, aber noch nicht gebaut. Am Südpol baut man nicht mal eben schnell irgendwas.
Das große Ziel heißt „Multi-Messenger-Astronomie“. Also das Universum nicht mehr nur über Licht zu beobachten, sondern gleichzeitig über Gravitationswellen, kosmische Strahlung und eben Neutrinos. Jeder Bote erzählt einen Teil der Geschichte. Erst zusammen ergibt das ein Bild.
Bei der Pressekonferenz wurde Halzen übrigens gefragt, ob in den Neutrinos nicht auch Nachrichten außerirdischer Zivilisationen stecken könnten. Seine Antwort, frei übersetzt: Darüber wurde schon spekuliert, aber wir haben gerade genug realistische Probleme.
Sehr sympathischer Mann.
Ein Teilchen, das sich für nichts interessiert. Ein Eiswürfel am Ende der Welt. Und ein Belgier, der knapp 40 Jahre drangeblieben ist.
Manchmal reicht das für einen Nobelpreis.
Euer Daumennagel war übrigens auch beteiligt.
Inspiriert wurde ich zu diesem Artikel durch den Newsletter der Sternzeit vom Deutschlandfunk. Hört Euch die Sternzeit an, abonniert den Newsletter. Beides klare Empfehlungen, wenn man auf Astro-Nerdkram steht. Und Dirk Lorenzen erklärt es halt auch prima für Nicht-Nerds.
Titelbild: IceCube Neutrino Observatory in 2023 by Christopher Michel, CC BY-SA 4.0