Blick in das Innere des Borexino-Detektors. Mehr als 1000 Meter Fels über dem Laboratori Nazionali del Gran Sasso schirmen einen großen Teil der kosmischen Strahlung ab, so dass hier Neutrinos aus der Sonne untersucht werden können.
Blick in das Innere des Borexino-Detektors. Mehr als 1000 Meter Fels über dem Laboratori Nazionali del Gran Sasso schirmen einen großen Teil der kosmischen Strahlung ab, so dass hier Neutrinos aus der Sonne untersucht werden können.
Bild: Borexino Collaboration
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Hohe Auszeichnung für experimentelle Bestätigung der Kernfusionen in der SonneBorexino-Team erhält renommierten Cocconi-Preis

Für die bahnbrechenden Beobachtungen solarer Neutrinos, mit denen erstmals die Fusionsreaktionen im Inneren der Sonne nachgewiesen werden konnten, erhält das Team des Borexino-Projekts den angesehenen ‚Giuseppe und Vanna Cocconi-Preis‘. Mit ihm zeichnet die Europäische Physikalische Gesellschaft alle zwei Jahre eine herausragende Entdeckung der Astro-Teilchenphysik und Kosmologie der zurückliegenden 15 Jahren aus.

Im Jahr 2018 legte das Borexino-Experiment nach mehr als zehnjähriger Beobachtung von Sonnen-Neutrinos erstmals eine Gesamtuntersuchung der pp-Kette vor, des wichtigsten Fusionsprozesseses der Sonne. Diese bestätigte zum ersten Mal die theoretischen Vorstellungen zur Energieerzeugung unserer Sonne.

Vor kurzem konnte die Borexino Kollaboration auch den zweiten Fusionsprozess, den CNO-Zyklus, belegen. Beide Messungen bestätigen damit auch experimentell die in den 1930er Jahren aufgestellte Hypothese über die Funktionsweise der Sonne.

TUM-Emeritus Prof. Franz von Feilitzsch, Prof. Lothar Oberauer und Prof. Stefan Schönert vom Lehrstuhl für Experimentelle Astroteilchenphysik an der Technischen Universität München (TUM) trugen maßgeblich zu den nun ausgezeichneten Messungen bei.

Aus Wasserstoff wird Helium

Dem Sonnenmodell zufolge stammen etwa 99 Prozent der Sonnenenergie aus einer Kette von Fusionsreaktionen, die mit der Verschmelzung von vier Wasserstoffkernen beginnt und mit der Erzeugung von Helium endet (Proton-Proton-Kette, kurz pp-Kette). Der einzige direkte Beweis dieses Prozesses liegt in der Beobachtung der Neutrinos, die während dieser Reaktionen entstehen.

Das ursprüngliche wissenschaftliche Ziel von Borexino war es, Neutrinos zu messen, die in der pp-Kette bei der Fusion von 7Be entstehen. Die Beobachtung dieser niederenergetischen Sonnenneutrinos stellt jedoch hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit und Reinheit des Experiments.

Ausgefeilte Methoden der Datenanalyse

„Der Schlüssel zum Erfolg von Borexino war, dass es uns gelungen ist, radioaktive Spurenelemente im Detektormaterial fast vollständig zu eliminieren“, sagt Prof. Lothar Oberauer. „Das Borexino-Team hat hier neue Wege beschritten und eine bisher unerreichte Reinheit erzielt. Den verbleibenden Rest an Hintergrundstrahlung konnten wir mithilfe von ausgefeilten Methoden der Datenanalyse identifizieren und herausrechnen.“

Auf diese Weise ist es Borexino seit dem Start im Jahr 2007 gelungen, Fragen zu beantworten, die weit über das anfängliche Ziel hinausgingen. Zuletzt gelang der Nachweis des CNO-Zyklus, der bereits 1939 von Hans Bethe und Carl Friedrich von Weizsäcker vorgeschlagen worden war. Er ist für die Produktion von etwa einem Prozent der Sonnenenergie verantwortlich.

„Ich hätte es zunächst nicht für möglich gehalten, dass wir mit Borexino jemals CNO-Neutrinos beobachten würden, da die Hintergrundsignale zu hoch erschienen“, sagt Stefan Schönert. Inzwischen konnte Borexino auch Neutrinos aus dem Erdinneren messen und Fragen zur Wärmebilanz der Erde beantworten.

Bahnbrechende Beobachtung von Sonnenneutrinos

Die Europäische Physikalische Gesellschaft zeichnet die Wissenschaftler des Borexino-Experiments nun mit dem diesjährigen ‚Giuseppe und Vanna Cocconi Preis‘ für ‚die bahnbrechenden Beobachtungen von solaren Neutrinos aus der pp-Kette und dem CNO-Zyklus, die eine einzigartige und umfassende Überprüfung der Fusionsreaktionen im Inneren der Sonne ermöglichen‘, wie es in der Preiswürdigung heißt.

TUM-Emeritus Prof. Dr. Franz von Feilitzsch, der das Experiment vor rund 30 Jahren mit initiiert hat, freut sich sehr über die Auszeichnung: „Es war eine mutige Entscheidung der Verantwortlichen des italienischen Nationalen Instituts für Kernphysik, ein so herausforderndes Experiment dauerhaft zu unterstützen. Wir haben großartig mit unseren europäischen, russischen und amerikanischen Kollegen zusammengearbeitet. Nicht zuletzt die Leistungen einer Vielzahl von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat Borexino zu diesem besonderen Erfolg geführt.“

Die Preisverleihung findet am 26. Juli während der online durchgeführten Hochenergiephysik-Konferenz der Europäischen Physikalischen Gesellschaft statt.

Mehr Informationen:

Das Borexino-Experiment wird getragen von 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von Universitäten und wissenschaftlichen Einrichtungen in Italien, Frankreich, Deutschland, Großbritannien, Ukraine, Russland, Polen und USA. In Deutschland sind beteiligt: Forschungszentrum Jülich, Universität Mainz, Universität Hamburg sowie die Technischen Universitäten Dresden und München.

Um die Experimente vor kosmischer Hintergrundstrahlung zu schützen, wird das Borexino-Experiment im unterirdischen Labor von Gran Sasso betrieben, tief unter den Bergen des italienischen Gran Sasso-Massivs. Das Labor ist Teil des italienischen Nationalen Instituts für Kernphysik (INFN).

Technische Universität München

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battenberg(at)zv.tum.de

Kontakte zum Artikel:

Lehrstuhl für Experimentelle Astroteilchenphysik (E15)
Technische Universität München
James-Franck-Str. 1, 85748 Garching

Prof. Dr. Stefan Schönert
Tel.: +49 89 289 12522 – E-Mail: schoenert@ph.tum.de

Prof. Dr. Lothar Oberauer
Tel.: +49 89 289 12509 – E-Mail: lothar.oberauer@tum.de

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