Wie man mit Neutrinos die Erde wiegt

Wie viel wiegt eigentlich unser Planet Erde?

Diese Frage ist interessant, aber scheint dennoch nicht beantwortbar. Wie soll man das anstellen? Spanischen Forschern ist genau das nun gelungen. Mit Daten aus dem IceCube, der am Südpol in den Jahren 2011 und 2012 Neutrinos gefunden hat, konnte die Erde tatsächlich gewogen werden.

Die Antwort auf die Frage, wie viel sie genau wiegt, wird von Wissenschaftlern seit Jahren auf etwa sechs Trilliarden Tonnen geschätzt. Diese Zahl wurde aus diversen Messungen der Schwerkraft abgeleitet. Nun gibt es aber eine neue Methode das Gewicht unseres Planeten zu messen. Forscher aus den spanischen Universitäten Valencia und Barcelona entwickelten ein Verfahren, dass die Masse der Erde mithilfe von Neutrinoschatten messen kann. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature Physics“. Trotz einiger Fehler und wissenschaftlich ungeklärten Annahmen, konnten sie die seit Jahren geschätzte Zahl bestätigen.

Schon in den 70er Jahres des 20. Jahrhunderts kamen Forscher auf die Idee mit Neutrinos die Erde zu untersuchen.

Die Vorgehensweise der spanischen Forscher war demnach nicht neu, allerdings ist es bislang niemandem gelungen die Idee Neutrinos zu nutzen um das Gewicht der Erde zu messen umzusetzen.
Aber wie funktioniert ihre Methode nun genau? Neutrinos sind so leicht, dass sie beinahe unbeeinflusst durch die Erde dringen können. Nur ganz im Erdinneren, wo die Dichte der Erde extrem groß ist, werden einige Neutrinos absorbiert. Diese Erkenntnis machten sich die Wissenschaftler zu Nutze, denn je größer die Dichte des Material, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Neutrinos wechselwirken und Energie abgeben. So ist es möglich in den Planeten Erde hineinzuschauen.

Da Neutrinos also nur ganz selten – nur bei sehr hoher Dichte – überhaupt in Wechselwirkungen mit anderer Materie treten, kann man sie nur mithilfe eines speziellen Detektormaterials ausfindig machen. In dem Experiment der spanischen Forscher wurde Eis als Detektor verwendet. Dafür wurde der IceCube in die Antarktis gebracht, wo etwa ein Kubikkilometer Eis als Detektormaterial genutzt wurde. Neutrinos, die auf dieses Material fielen, produzierten Elementarteilchen im Eis. Diese konnten durch ihre Tscherenkow-Strahlung, die entsteht, wenn ein Teilchen mit Überlichtgeschwindigkeit auf Eis oder Wasser trifft, identifiziert und nachgewiesen werden. Dadurch war es den Forschern aus Valencia und Barcelona möglich die ursprüngliche Energie der Neutrinos und deren Einfallsrichtung zu bestimmen.
Mit diesen Erkenntnissen gelang es dem Team rund um Andrea Donini das Innere der Erde zu untersuchen. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass die Erde sechs Trilliarden Tonnen schwer ist. Zwar lag die statistische Ungenauigkeit bei einer Trilliarde, aber der errechnete Wert bestätigt den, der schon vor Jahren durch Schwerkraftmesseungen herausgefunden wurde.

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