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Neutrino-Grüße aus Hongkong

von Robert Gast

China strebt nach Prestige in der Teilchenphysik, mit einer Vehemenz, die westliche Forschung alt aussehen lässt.

Neutrino-Grüße aus Hongkong© Nikada - iStockphoto.comChina holt in der Wissenschaft auf und hat besonders in der Teilchenphysik schon jetzt ungeahnte Erfolge erzielt
An Weihnachten war die Forscherwelt noch in Ordnung. Die über Monate gesammelten Daten des europäischen Teilchendetektors Double Chooz deuteten auf eine spektakuläre Entdeckung hin. Ende Dezember reichten die Wissenschaftler die Vermessung dieser »Neutrino-Oszillation« bei einer renommierten Fachzeitschrift ein. Der Ruhm schien ihnen sicher. Am anderen Ende der Welt startete da gerade ein Konkurrenzexperiment, größer und teurer als das europäische. Nur 55 Tage lang sammelten die Detektoren in der Nähe des Atomkomplexes Daya Bay bei Hongkong Daten. Wo das europäische Ergebnis noch Raum für Zweifel ließ, vermaßen die Chinesen denselben Effekt mit allerhöchster Präzision. Zwar muss die Arbeit noch von unabhängigen Gutachtern geprüft und zur Veröffentlichung akzeptiert werden. Aber schon jetzt sprechen Beobachter vom wichtigsten Physikresultat made in China.

Wird die Volksrepublik jetzt auch in der Wissenschaft zur Weltmacht? Lange sah es nicht so aus: Das Bildungssystem war zu sehr auf Auswendiglernen fokussiert, zu sehr hemmte die hierarchische Gesellschaftsordnung kreative Forschung. Noch heute werden wissenschaftliche Aufsätze aus der Volksrepublik im Durchschnitt deutlich seltener zitiert als die aus westlichen Ländern. »Der Aufbau einer originellen Forschungskultur steckt noch in den Kinderschuhen«, urteilt Richard Suttmeier, amerikanischer China-Experte von der Universität Oregon.

Doch die chinesische Forschung nimmt Fahrt auf. Ihr Etat wird Jahr für Jahr beträchtlich aufgestockt. Neben anwendungsorientierten Bereichen profitiert davon zunehmend die Grundlagenforschung. Vier Milliarden Euro gab China 2011 dafür aus, mehr als die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Mit dem Geld werden wissenschaftliche Leuchttürme hochgezogen und ausgewanderte Spitzenforscher in die Heimat gelockt. Mit Erfolg. »In ausgewählten Gebieten betreibt China mittlerweile sehr gute Forschung auf internationalem Niveau«, sagt Armin Krawisch von der DFG, der bis 2010 das Chinesisch-Deutsche Zentrum für Wissenschaftsförderung in Peking geleitet hat. Von der Wissenschaft erhofft sich China vor allem Prestige. Grundlagenforschung sei ein wichtiger Teil der »nationalen Stärke«, heißt es bereits im chinesischen Forschungsfahrplan von 2006. Nun will man endlich die Goldmedaille der Wissenschaften ergattern. »China leidet darunter, dass seine Forscher noch keinen Nobelpreis gewonnen haben«, sagt Armin Krawisch. Bisher ging die Auszeichnung nur an Exilchinesen.

In tiefen Tunneln gehen Physiker der Frage nach, warum es uns gibt

Das Institut für Hochenergie-Physik (IHEP) hat gute Chancen, ihn der Volksrepublik zu sichern. Seit Jahren setzt es verstärkt auf Experimente mit Ausblick auf Weltruhm. Daya Bay analysiert Neutrinos; ein anderes Projekt sucht bald nach der rätselhaften Dunklen Materie. »In diesen Bereichen ist es mit vergleichsweise kleinen Experimenten möglich, wissenschaftliche Durchbrüche zu erzielen«, sagt Werner Rodejohann vom Max-Planck-Institut für Kernphysik. Neutrinos sollen einen der eklatantesten Widersprüche im bisherigen Weltverständnis auflösen: weshalb es mehr Materie als Antimaterie im Universum gibt. Dass es so ist, gilt als sicher. Wären Teilchen und ihre gegensätzlich gepolten Antiteilchen im Urknall gleich oft entstanden, hätten sich Elektronen und Positronen, Protonen und Antiprotonen restlos gegenseitig ausgelöscht - uns hätte es nie gegeben.

Aber kein bekannter Mechanismus kann erklären, weshalb in den ersten Augenblicken nach dem Urknall mehr Materie als Antimaterie entstand. Von Neutrinos erhoffen sich Forscher eine Antwort auf diese Frage. Denn die winzigen Elementarteilchen lassen sich am einfachsten von allen Partikeln mit ihren Antiteilchen vergleichen. Sollten die Forscher Hinweise darauf finden, dass die Natur die Neutrinos gegenüber Antineutrinos geringfügig bevorzugt - dann könnte das womöglich das Rätsel unserer Existenz erklären. Die Forscher gewinnen Neutrinos aus den Kernreaktionen in Teilchenbeschleunigern oder Atomreaktoren. Die nahezu lichtschnellen Studienobjekte sind allerdings scheue Zeitgenossen. Sie sind noch viel kleiner als ein Elektron, aber nicht elektrisch geladen; durch gewöhnliche Materie sausen sie einfach hindurch. Und sie sind überall. Auch im Innern der Sonne entstehen sie beim Verschmelzen von Atomkernen, Quadrilliarden von ihnen durchströmen in jeder Sekunde die Erde. Daya Bay und Double Chooz aber untersuchen Neutrinos aus menschengemachten Kernzerfällen. In unterirdischen, mit Zehntausenden Litern spezieller Flüssigkeit gefüllten Tanks lassen sich einige wenige der Teilchen aus nahe gelegenen Reaktoren auffangen und von den Neutrinos der Sonne unterscheiden.

Im Vergleich zur Konkurrenz ist das chinesische Projekt gigantisch

Noch sind die Physiker erst einmal darum bemüht, überhaupt die Eigenheiten der Geisterteilchen zu verstehen. Neutrinos gibt es in drei Sorten, die sich während des Flugs ineinander umwandeln können (Gleiches gilt für Antineutrinos). Dass sich Sorte 1 in Sorte 2 und diese wiederum in Sorte 3 verwandelt, konnten Forscher bereits zeigen. Mit ihren Oszillationsexperimenten wiesen Daya Bay und Double Chooz nun nach, dass sich die erste auch direkt in die dritte Sorte transformiert. Zeigen zukünftige Experimente, dass sich Neutrinos häufiger umwandeln als Antineutrinos - dann käme man endlich dem Mechanismus auf die Spur, der einst das Universum ermöglichte.

Aber schon jetzt ist der Forschungszweig zunehmend von knappen Etats bedroht, zumindest im Westen. »Die Finanzierung von Double Chooz war langsam und schwierig«, sagt Stefan Schönert von der Technischen Universität München. Es vergingen Jahre, ehe die Forscher in sieben Staaten die nötigen Mittel für den Bau des Detektors in Frankreich auftreiben konnten. Das US-Energieministerium war unerwartet als Geldgeber weggebrochen. Es investierte lieber in die chinesische Hochleistungsanlage Daya Bay: Gleich sechs Detektoren wurden dort in Rekordzeit gebaut, kilometerlange Tunnel wurden ausgehoben. Wie gigantisch das ist, zeigt der Vergleich mit dem europäischen Double Chooz: Dort steht erst ein halb so großer Detektor, der in einen bestehenden Schacht gebaut wurde. Tatsächlich dürfte der Erfolg von Daya Bay maßgeblich auf amerikanisches Know-how zurückgehen. Knapp die Hälfte der 250 beteiligten Wissenschaftler kommen von Instituten in den USA. »Die Anfänge waren jedoch schwierig«, erinnert sich Karsten Heeger von der amerikanischen Physikervereinigung APS, vor allem wegen der hierarchischen Strukturen. Aber dann habe sich die Zusammenarbeit stark verbessert: »Wir erleben einen Umbruch.«

Bis China auf sich allein gestellt in der Champions League der Wissenschaft mithalten kann, wird aber noch Zeit vergehen. »Man kann die Mentalität nicht über Nacht ändern«, sagt DFG-Forscher Armin Krawisch. In Sachen Flexibilität, Eigenständigkeit und Selbstverantwortung hätten chinesische Forscher noch immer Nachholbedarf. Aber das sei hauptsächlich eine Generationenfrage. »Die nachwachsende Wissenschaftlergeneration schlägt sich in diesen Punkten bereits deutlich besser als die meisten der altgedienten Verantwortlichen«, sagt Krawisch. Vielleicht wird sich der Wandel bereits in zehn Jahren vollzogen haben. Dann steht der Höhepunkt der Neutrinophysik an. Ein spezieller Beschleuniger soll die Geisterteilchen 1000 Kilometer durch die Erde schicken und so die Ursache für den Materieüberschuss im Universum dingfest machen. Geplant war, dass das »Long Baseline Neutrino Experiment« in den USA entstehen sollte. Aber letzte Woche begrub man den Plan, aus Geldsorgen. Gut möglich, dass China erneut heldenhaft einspringt.

Aus DIE ZEIT :: 29.03.2012

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