Neutrinos, Higgs-Teilchen und Tachyonen

14. Juni 2011 von Joachim Schulz in Physik allgemein

In Ausgabe 2/2011 des Skeptiker Magazins gibt es einen interessanten Artikel zum Thema “Erzeugt eine Sonnenfinsternis Erdbeben?”. Die Antwort ist schlicht “nein” und der Autor Herbert Weidner belegt das eindeutig mit einer statistischen Analyse: Nach Sonnenfinsternissen gibt es nicht relevant häufiger Erdbeben als zu beliebigen anderen Zeitpunkten.

Interessant aus meiner Sicht ist die pseudowissenschaftliche Erklärung dieses nicht vorhandenen Phänomens, die kurz in dem Artikel genannt ist. Neutrinos von der Sonne würden durch den Mond fokussiert und könnten im Erdmantel Veränderungen auslösen, die zu Erdbeben führen. Nun braucht es nicht viel Aufwand, um diese Behauptung zu entkräften. Das wichtigste Argument ist, dass es schlicht kein Phänomen gibt, für das diese Erklärung gebraucht wird. Zudem bleiben in der Erde viel zu wenige Neutrinos hängen als dass deren Absorption wesentliches im Erdmantel anrichten könnte. Zu guter letzt dürfte auch die Fokussierung der Neutrinos durch den Mond nicht relevant sein.

Mich erinnerte die Neutrino-Story spontan an den Roman Solaris von Stanislaw Lem (1961) und an seine Verfilmung von 2002. Dabei geht es mir nicht um die Geschichte selbst und damit auch nicht darum, dass der Film das Thema verfehlt und statt der fremden Intelligenz des Planeten die Liebesbeziehung zwischen einem Mann und seiner buchstäblich verstorbenen Frau in den Vordergrund rückt. Mir ist vielmehr aufgefallen, dass die geheimnisvollen Vorgänge im Original von 1961 dem Neutrinofeld zugeschrieben werden. Im Film von 2002 handelt es sich um ein Higgs-Feld.

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Neue Physik weckt nicht nur Interesse bei Wissenschaftlern, sie fordert auch die Fantasie von Science-Fiction-Autoren heraus. Daran ist nichts verwerflich. Das Neutrinofeld von Lem ist nur ein wissenschaftlich klingender Name eines frei erfundenen Phänomens. Und damit er beim Publikum als glaubwürdig wissenschaftlich ankommt, nimmt man einen echten wissenschaftlichen Begriff, der modern ist und unter dem sich das Publikum möglichst wenig vorstellen kann. Lems Neutrinofeld ist ein so guter oder schlechter Name wie die Photonentorpedos bei Startrek.

Der Namenwechsel ist kein Zufall. Neutrinos wurden in den 1930er Jahren postuliert aber erst in den 1950ern erstmals gemessen. Sie waren damals neue Physik. Heute sind sie ein vergleichsweise alter Hut, auch wenn sich erst in den 1990ern ihre Masse nachweisen ließ. Das Higgs-Feld dagegen hat heute einen vergleichbaren Status, wie das Neutrinofeld in den frühen Sechzigerjahren. An der Übertragung habe ich also nichts auszusetzen.

Was für Science-Fiction gilt, gilt leider auch für Pseudowissenschaft und Esoterik. Auch hier werden aktuelle wissenschaftliche Begriffe gern entwendet und für reine Phantasieprodukte verwendet. In diese Kategorie gehören die Erdbeben auslösensen Neutrinos. Zwar gibt es erhebliche Neutrinoströme von der Sonne. Jeden Augenblick durchströmen uns vielle Milliarden dieser Elementarteilchen. Aber davon, dass sie Erdbeben auslösen können, fehlt jede Spur. Das ist weder empirisch noch theoretisch plausibel.

Neutrinos sind nichts anderes als die Partner der Elektronen bei der schwachen Kernkraft. Die schwache Kernkraft, eine der gut erforschten elementaren Wechselwirkungen, hat die Fähigkeit, Ladungen zu übertragen. Sie kann in einem Neutron ein ⅓ negativ geladenes Down-Quark in ein ⅔ positiv geladenes Up-Quark umwandeln. Dadurch zerfällt das instabile, elektrisch neutrale Neutron in ein stabiles, positiv geladenes Proton. Die Ladung entsteht dabei aber immer paarweise. Weil sich die Ladung der beteiligten Quarks um eine Elementarladung erniedrigt, muss zugleich eine negative Ladung geschaffen werden. Es muss ein Elektron entstehen. Damit aber nicht genug. Auch Elektronen entstehen nicht aus dem Nichts, sie müssen Paarweise mit Anti-Teilchen entstehen. Die schwache Kernkraft muss neben dem Elektron ein neutrales Anti-Neutrino als Antiteilchen-Partner des Elektrons erzeugen.

Neutrinos gliedern sich so ganz natürlich in den Teilchenzoo ein. Sie sind nichts rätselhafteres als Elektronen. Oder besser: Elektronen sind nicht weniger rätselhaft als Neutrinos. Es ist unseriös, in Neutrinos mehr hineinzugeheimnissen. Sie sind ganz gewöhnliche Quantenobjekte.

Heute haben Higgs-Bosonen die Stellung, die in den 1950ern die Neutrinos hatten. Sie sind schon lange postuliert aber wurden bisher nicht gefunden. Im Speicherring LHC am Forschungszentrum CERN bei Genf wird fieberhaft nach ihnen gesucht. Aber egal, wie die Suche ausgeht, auch Higgs-Bosonen sind Elementarteilchen. Der Kollege Markus Pössel hat hierzu schon 2008 ausführlicher berichtet. Wir sollten auch dem Higgs-Teilchen nicht mehr in die Schuhe schieben, als es zu leisten vermag.

Zum Abschluss muss ich auf das Tachyon zu sprechen kommen. Tachyonen gibt es gar nicht. Dennoch werden sie von Pseudowissenschaftlern und Esoterikern sogar für gutes Geld verkauft. Wenn es sie gäbe, wären Tachyonen Teilchen, die stets mit Überlichtgeschwindigkeit unterwegs sind. Es müsste unendlich viel Energie übertragen werden, um sie auf Lichtgeschwindigkeit abzubremsen. Das wäre aber noch nicht das merkwürdigste an diesen Teilchen. Schwerer wiegt, dass der Moment ihrer Erzegung und der Moment ihrer Vernichtung raumartig getrennte Ereignisse wären. Raumartig getrennte Ereignisse haben aber keine eindeutige Reihenfolge. Vorausgesetzt es gäbe Tachyonen und man könnte Tachyonen gezielt erzeugen und anderswo detektieren, so könnte man mit einem geeigneten Aufbau Nachrichten in die eigene Vergangenheit senden. Die philosophischen Implikationen wären erheblich. Wir müssten das Verhältnis von Ursache und Wirkung überdenken.

In einem deterministsichen Universum, in dem weder Willkür noch Zufall dem gesetzmäßigen Ablauf aller Vorgänge eine Unbestimmtheit geben, wäre aber so etwas kein Problem. Auch die in die Vergangenheit laufenden Informationsströme würden wie ein vierdimensionales Puzzle mit allen anderen Abläufen zusammenpassen. Letztlich würde also selbst der Nachweis von Tachyonen keinen Anlass geben, allen möglichen Heilversprechungen der Tachyonenverkäufer zu glauben. Tachyonen wären auch nichts weiter als Elementarteilchen, deren Wirkungen so elementar sind, wie die der Elektronen oder Photonen.

Tachyonenstrahlen hätten die selbe zerstörerische Wirkung wie Röntgenstrahlung vergleichbarer Intensität. Vorausgesetzt, sie wechselwirken mit gewöhnlicher Materie. Täten sie das nicht, so hätten sie gar keine Wirkung. Ich gehe bis zum Beweis des Gegenteils davon aus, dass es keine Tachyonen gibt. Alle Beobachtungen sprechen  bisher gegen ihre Existenz. Theorien, die tachyonische Felder enthalten sind eher problematisch als vielversprechend.


11 Kommentare zu “Neutrinos, Higgs-Teilchen und Tachyonen”

  1. Joachim Antworten | Permalink

    @Karl Bednarik

    Auch die Frage beantwortet Herbert Weidner statistisch: auch der Neumond triggert keine Erdbeben.

  2. Quarkschleuder Antworten | Permalink

    "Das wichtigste Argument ist, dass es schlicht kein Phänomen gibt, für das diese Erklärung gebraucht wird."

    Ich finde, dass dies ein eher schwaches Argument ist. Überzeugender fände ich, wenn man darauf hinweisen könnte, dass die Wechselwirkung von Neutrinos auch unter günstigsten Bedingungen zu schwach ist, um Ereignisse in der Erdkruste beeinflussen oder auslösen zu können.

    Die Aussage, dass es kein Phänomen gibt, hängt davon ab, welche Phänomene man bereits kennt oder sich vorstellen kann. Geophysikalische Vorgänge wie Erdbeben sind jedoch im Wesentlichen makroskopische Vorgänge, auf die die schwache Wechselwikung bestenfalls indirekt Einfluss nehmen kann (z.B. bei einem natürlichen Reaktor). Man kann sich vielleicht die Frage stellen, woher die Wärme kommt, die Teile des Erdinneren flüssig hält, und ob dabei, falls Kernreaktionen daran beteiligt sein sollten, Variationen des Neutrinoflusses tatsächlich mess- oder erfahrbare Auswirkungen haben könnten.

  3. Lichtecho Antworten | Permalink

    Solaris!!!

    Hm, also die Aussage, dass der Film das Thema verfehlt kann ich so nicht stehen lassen :-) Bei Solaris geht es eben gerade nicht um Außerirdische sondern vielmehr um unsere Unfähigkeit Dinge zu beschreiben, die außerhalb des irdischen Umfelds (der Anschauung) liegen. Wohin wir als Raumfahrer*) auch fliegen, wir bleiben immer Erdbewohner. Im Film (und Buch) Solaris wird dies eben sehr plastisch dadurch dargestellt, dass die Astronauten ihre unbewältigten Konflikte mitbringen, die von dem Planetenlebewesending Solaris materialisiert werden. Gut für uns Zuschauer ist, dass der Hauptprotagonist einen unebwältigen Konflikt mit einer schönen Frau hat. Es gibt auch hässlichere Fälle auf der Station Solaris.

    *) Damals glaubte man noch an eine Zukunft der Raumfahrt und den Aufbruch des Menschen ins All.

  4. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    Magisches Denken und Wissenschaft

    Neutrinos, Higgs, Tachyonen und alles magische und unverstandene an der Quantentheorie werden von Scharlatanen, Esoterikern und Leuten mit einem pantheistisch angehauchten Weltbild wie Fritjof Capra ("Das Tao der Physik") als Einfallstor für ihre magischen Weltbilder in die Welt der Wissenschaft benutzt.

    Auch wenn Neutrinos schon fast zu den altbekannnten Partikeln gehören, passen sie durch ihre Armut an Wechselwirkungen gut zu dem zugleich Wissenschaftlichen und Geheimnisvollen, welches Esoteriker so suchen, denn wer weiss was Neutrions im Verborgenen - während sie durch uns hindurchschwirren - so alles treiben. Und tatsächlich geistert die Idee herum, Neutrions (aus der Sonne) könnten die Halbwertszeit von radioaktiven Stoffen verkleinern.

    Wer ein esoterisch angehauchtes Weltbild hat und weniger an einen personalen Gott, sondern an eine magische Kraft glaubt, die alles durchwebt, der ist darauf angewiesen, schon in den Grundteilchen unseres Universums einen Mediator zu finden, der von dieser magischen, alles durchdringenden Kraft kündet.

    Es gibt nicht wenig empfängliche Leute für derartigen Habakuk.

  5. Quarkschleuder Antworten | Permalink

    So sind manche eben ...

    ... je unverstandener, desto magischer, und lassen ihrer wilden Phantasie freien Lauf anstatt sich damit auseinanderzusetzen, was sie noch nicht verstanden haben.

    Aber die Aussage "xyz ist ein ganz gewöhnliches Quantenobjekt" erklärt halt auch nix. Und wenn dann noch ein Theoretiker um die Ecke kommt und sagt, ja aber eigentlich verstehen wir noch gar nicht, wie wir Gravitation und Quantentheorie unter einen Hut bekommen, vergisst man mancher Laie das Staunen und wundert sich auf seine Weise gleich mit ...

  6. Joachim Antworten | Permalink

    @Quarkschleuder: Phaenomen

    "Ich finde, dass dies ein eher schwaches Argument ist. Überzeugender fände ich, wenn man darauf hinweisen könnte, dass die Wechselwirkung von Neutrinos auch unter günstigsten Bedingungen zu schwach ist, um Ereignisse in der Erdkruste beeinflussen oder auslösen zu können."

    Darauf kommt es doch gar nicht an. Die Frage ist, ob die Neutrinos der Sonne dafür verantwortlich gemacht werden können, dass auf Neumond Erdbeben folgen. Die Antwort ist ganz klar "nein", weil auf Neumond gar keine Erdbeben folgen. Man bracht die Neutrino-Erklärung für diese Fragestellung nicht.

    Ein andere Frage ist, ob Neutrinos wesentlich zur Wärme im Erdmantel beitragen. Aber ob sie das tun oder nicht, ist für unsere Fragestellung unerheblich. Schon weil die Gesamtmenge der durch die Erde strömenden Neutrinos vom Mondstand weitgehend unabhängig ist. Aber wie gesagt, dass sie Erdbeben verursachen kann man durch Beobachtung der makroskopischen Phänomene ausschließen.

  7. Joachim Antworten | Permalink

    @Lichtecho Solaris

    Wenn man der deutschen Wikipedia glauben kann, hat Stanislaw Lem den Film nicht gemocht. Ich selbst finde den Film sehr gut, denke aber, dass er eine deutliche Verschiebung des Schwerpunktes vornimmt. So deutlich, dass ich zur Note "Thema verfehlt" stehe.

    Im Buch wird, so weit ich erinnere, viel über den offenbar intelligenten Ozean des Planten und seine Intentionen spekuliert. Es kommt auch eine Szene vor, in der der Ozean einen menschlichen Körper formt und auszuprobieren scheint, wie der Mensch funktioniert.

    Im Film steht dagegen die Beziehung zwischen dem Protagonisten und seiner Frau im Vordergrund. Das ist dem Zuschauer einfacher mit Bildern zu vermitteln. Die Details des Ozeans werden kaum erwähnt und ich bin mir nicht sicher, ob ich die wenigen Andeutungen verstanden hätte, wenn ich das Buch nicht gekannt hätte.

    Buch und Film sind sehr unterschiedliche Medien. Romane wie "Solaris" lassen sich wohl nur schwer 1:1 filmisch umsetzen. Man muss mit Bildern eine andere Geschichte erzählen als mit Worten. (Es sei denn, es handelt sich um einen einfachen 7-bändigen Internatsroman.) Ich denke, das ist gut gelungen.

    Mit meinem Thema hat es aber wenig zu tun. Da interessiert mich nur Neutrino- gegen Higgs-Feld.

  8. Walter eckert Antworten | Permalink

    Die Fünfte Naturkraft

    Gibt es eine fünfte Naturkraft?
    Um diese Frage zu beantworten
    dazu bräuchte man die Weltformel.
    Aber ohne die fünfte Kraft oder
    Eigenschaft wird es die Weltformel
    nicht geben.Das Raum Quanten Modell
    wird von Physikern nicht anerkannt.
    Womöglich gibt es übergeordnete
    Dimensionen,wovon die bekannten
    Naturgesetze abgeleitet sind.

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