Ein historischer Fortschritt, der einst als „Fehlschlag“ betrachtet wurde

Manche glauben, dass sich die Wissenschaft nur mit kalten, harten Fakten befassen sollte, und das ist auch richtig so. Fantasiereisen sollten Philosophen und Dichtern vorbehalten sein, nicht der breiten Masse.

„Phantasie ist wichtiger als Wissen“, bemerkte Albert Einstein scharfsinnig, und das gilt auch heute noch. Wissen, so sagte er, ist auf das beschränkt, was wir heute wissen, während „die Phantasie das ganze Universum umfasst und weitere Fortschritte anspornt“.

Auch in der Wissenschaft hat die Vorstellungskraft oft als Wegbereiterin für revolutionäre Entdeckungen gedient, die die Wahrnehmung der Welt durch die Menschheit verändert und die Entwicklung leistungsfähiger neuer Technologien ermöglicht haben.

Doch obwohl die Vorstellungskraft manchmal außerordentlich wirksam war, hat sie auch immer wieder versagt, was die Entdeckung der Geheimnisse der Natur verlangsamt hat. Einigen Berichten zufolge sind die Gehirne mancher Menschen einfach nicht in der Lage zu glauben, dass es in der Realität mehr gibt als das, was sie gegenwärtig wahrnehmen.

Immer wieder haben Wissenschaftler es versäumt, Methoden zur Bewertung neuer Konzepte vorwegzunehmen, was dazu führte, dass sie als nicht überprüfbar und somit als unwissenschaftlich abgetan wurden. Es ist daher nicht allzu schwierig, eine ausreichende Anzahl von Fehlschlägen wissenschaftlicher Vorstellungskraft aufzuzählen, aber das Thema, das wir heute diskutieren wollen, sind Neutrinos.

In den 1920er Jahren waren die meisten Wissenschaftler davon überzeugt, dass die Natur aus nur zwei fundamentalen Teilchen besteht: positiv geladene Protonen und negativ geladene Elektronen, und sie sind auch heute noch davon überzeugt, dass dies der Fall ist. Einige hingegen spekulierten über das Potenzial eines Teilchens ohne elektrische Ladung. Wolfgang Pauli, ein österreichischer Wissenschaftler, machte bereits 1930 einen präzisen Vorschlag für ein solches Teilchen, der akzeptiert wurde. Ihm zufolge könnte das Vorhandensein eines Teilchens ohne Ladung den anomalen Energieverlust erklären, der bei der Radioaktivität von Betateilchen auftritt. Fermi entwickelte Paulis Konzept mathematisch weiter und gab ihm die Bezeichnung Neutrino, was auf Lateinisch Neutron bedeutet. Danach überprüften die Physiker Hans Bethe und Rudolf Peierls Fermis Berechnungen und kamen zu dem Schluss, dass das Neutrino die Materie mit einer solchen Leichtigkeit durchquert, dass es keine denkbare Methode gibt, um seine Anwesenheit nachzuweisen (es sei denn, man baut einen Tank mit flüssigem Wasserstoff, der 6 Millionen Milliarden Kilometer breit ist). In ihrer Schlussfolgerung sagten Bethe und Peierls, dass „es keine realistisch durchführbare Technik gibt, das Neutrino zu sehen“.

Sie hatten jedoch vergessen, die Aussicht auf die Entdeckung einer Quelle großer Mengen hochenergetischer Neutrinos einzubeziehen, die es ermöglichen würde, einige wenige einzufangen, auch wenn die große Mehrheit sich dem Einfangen entzieht. Bis zur Erfindung der Kernspaltungsreaktoren gab es keine anerkannte Energiequelle. In den 1950er Jahren wiesen Frederick Reines und Clyde Cowan mit Hilfe von Kernreaktoren zum ersten Mal das Vorhandensein von Neutrinos eindeutig nach. Später sagte Reines, dass er nach einer Möglichkeit suchte, das Neutrino nachzuweisen, weil ihm alle gesagt hatten, dass es zu diesem Zeitpunkt unmöglich sei, das Neutrino nachzuweisen.

Es dauerte noch ein paar Jahre, bis die Wissenschaftler das Vorhandensein von Neutrinos bestätigen konnten. Neutrinos wurden 1956 von den Wissenschaftlern Clyde Cown und Frederick Reines aus Los Alamos zusammen mit drei weiteren Forschern in einem Laborexperiment entdeckt, bei dem riesige Wassertanks in der Nähe eines Kernreaktors verwendet wurden. Die Wissenschaftler waren in der Lage, die vom Reaktor freigesetzten Neutrinos zu identifizieren, indem sie ihre Wechselwirkungen mit den Protonen im Wasser dokumentierten, was es ihnen ermöglichte, ihre Quelle zu bestimmen. Dies war die endgültige Bestätigung von Paulis Hypothese und der erste Nachweis der Existenz von Neutrinos. Diese Entdeckung wurde 1995 mit dem Nobelpreis gewürdigt, der dem Wissenschaftlerteam verliehen wurde.

Das Potenzial des kleinen Teilchens war damals jedoch unklar, da die Physiker davon ausgingen, dass Neutrinos keine Anziehungskraft besitzen. Wenn das subatomare Teilchen keine Masse hat, kann es keinen praktischen Nutzen haben. Es sollte noch eine weitere Generation von Untersuchungen dauern, bis die wahre Bedeutung der Neutrinos entdeckt und gewürdigt werden konnte.

Ein paar Jahrzehnte später sind die wertvollen Eigenschaften von Neutrinos besser bekannt als je zuvor. Wissenschaftler haben entdeckt, dass Neutrinos eine Reihe nützlicher Eigenschaften haben. Zunächst einmal haben die winzigen Teilchen eine Masse. Dies war eine Tatsache, die die Wissenschaftler jahrzehntelang nicht entdecken konnten. „Wissenschaftler haben jahrzehntelang angenommen, dass Neutrinos keine nachweisbare Masse haben, weil sie so selten mit Materie wechselwirken“, sagt Jennifer Chu vom Massachusetts Institute of Technology. „Diese Annahme hat sich als falsch erwiesen.“ Als die Wissenschaftler erfuhren, dass Neutrinos oszillieren, wurde ihr Vertrauen in dieses Teilchen erschüttert. Unabhängig voneinander arbeitende Forscher fanden heraus, dass Neutrinos zwischen drei verschiedenen „Geschmacksrichtungen“ wechseln können. Dies wird als „Oszillation“ bezeichnet. Im Jahr 2015 erhielten Takaaki Kajita und Arthur B. McDonald gemeinsam den Nobelpreis für Physik für ihre gleichzeitige Entdeckung dieser Eigenschaft in der Quantenmechanik. Damit ein Neutrino oszillieren kann, muss es eine Masse haben, damit dies geschehen kann.

Obwohl die Masse des Neutrinos so winzig ist, dass es unmöglich schien, sie zu quantifizieren, ist diese Eigenschaft des Teilchens als Energiequelle sehr wichtig. Dies ist auf die einzigartige Wechselwirkung zwischen Energie und Masse zurückzuführen. Diese Verbindung wurde in Einsteins Spezieller Relativitätstheorie durch die berühmte Gleichung E=MC2 definiert, die beweist, dass Masse in Energie umgewandelt werden kann. Angesichts der Milliarden von Neutrinos, die jeden Tag von der Sonne auf die Erde kommen, können Wissenschaftler, wenn sie herausfinden, wie man Neutrino Masse in elektrische Energie umwandeln kann, enorme Energiemengen einfangen.

Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt des Neutrinos ist, dass es wie ein Geist aussieht. Da das Teilchen so winzig ist, hat es kaum Auswirkungen auf das Verhalten anderer Materialien. Das hat zur Folge, dass Neutrinos durch feste Stoffe fließen können, als ob sie nicht da wären. Wissenschaftlern zufolge fließen jeden Tag Milliarden von Neutrinos durch die Erdatmosphäre. Diese Eigenschaft impliziert, dass es möglich wäre, von jedem Ort der Erde aus Energie aus den Neutrinos der Sonne zu erzeugen, unabhängig davon, ob dieser Ort der Sonne zugewandt ist oder nicht.

Obwohl Wissenschaftler die Idee, dass Neutrinos als Energiequelle dienen könnten, lange Zeit verworfen haben, hat die Entdeckung der Masse des Neutrinos im Jahr 2015 die Fachleute in den Wissenschaftsbereichen davon überzeugt, dass die Umwandlung der kinetischen Energie von Neutrinos und anderer nicht sichtbarer Strahlung möglich sein könnte. Die Neutrino Energy Group, die sich auf die Umwandlung der Energie von Neutrinos und anderer nicht sichtbarer Strahlung konzentriert, arbeitet derzeit intensiv an der Verbesserung ihrer Neutrinovoltaik-Technologie, um die heute durch erneuerbare Energien erzeugte Energie zu unterstützen.

Diese erstaunliche Technologie weist im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energiequellen in Bezug auf Effizienz und Zuverlässigkeit nicht die gleichen Mängel auf. Da Neutrinos und andere nicht sichtbare Strahlung fast jedes bekannte Material durchdringen können, benötigen Neutrinovoltaik-Zellen kein Sonnenlicht, um effektiv zu arbeiten. Sie können sowohl in Innenräumen als auch im Freien und unter Wasser eingesetzt werden, was sie sehr vielseitig macht.

Da die Neutrinovoltaik-Zellen während der Stromerzeugung problemlos abgeschirmt werden können, wird diese Technologie nicht durch Schnee oder andere schlechte Wetterbedingungen beeinträchtigt. Da sie für ihren Betrieb nicht auf sichtbares Licht angewiesen ist, kann sie auch dann noch die gleiche Energiemenge erzeugen, auch wenn sich die Zahl der Tageslichtstunden deutlich verringert. Da sie nicht von Umweltveränderungen oder saisonalen Schwankungen beeinflusst wird, bietet die Neutrinovoltaik-Technologie eine zuverlässige und konstante Stromquelle.

In der vorhersehbaren Zukunft werden weiterhin fossile Brennstoffe verwendet werden, aber niemand weiß, wie lange dies der Fall sein wird. Doch dank der Bemühungen der Neutrino Energy Group wird dieser wissenschaftliche Durchbruch, der einst als „Fehlschlag“ galt, nun als lang erwartete und vertrauenswürdige Lösung für die derzeitige Energiekrise angesehen. In den kommenden Jahren werden sich weitere grundlegende Veränderungen ergeben, und wir werden in einer besseren und umweltfreundlicheren Welt leben.