Flieg’ nicht so schnell, kleines Neutrino!

BLOG: Himmelslichter

ein Blog über alles, was am Himmel passiert
Himmelslichter

Überlichtschnelle Neutrinos! Was war das eine Meldung im September 2011! Nun sind sie vielleicht doch nicht so schnell gewesen. Zwei Fehlerquellen wurden gefunden, dummerweise erhellen sie das Bild nicht wirklich. Dafür haben manche ihr Urteil schon gefällt.

Dass so winzige Teilchen wie Neutrinos aber auch einen solchen Ärger machen! Letztes Jahr veröffentlichte die OPERA-Kollaboration ziemlich überraschende Ergebnisse. Neutrinos, die vom 730 Kilometer entfernten CERN in das Untergrundlabor Gran Sasso in Mittelitalien geschickt worden waren, kamen dort offenbar zu früh an. 60 Nanosekunden (0,00000006 Sekunden) zu früh, um genau zu sein. Das würde bedeuten, dass sich die Neutrinos mit einer Geschwindigkeit bewegt hätten, die ein winzig-tinziges bisschen (20 Millionstel, um wieder genau zu sein) über der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit liegt. Nicht viel, aber sensationsgenerierend. Denn die Relativitätstheorie verbietet so etwas strikt.

Nur ein defektes Kabel?

Nunja, außer ein paar Verschwörungstheoretiker hat keiner daran geglaubt, auch nicht die OPERA-Wissenschaftler selbst. Die machten damals klar, dass sie noch auf der Suche nach dem oder den Fehler(n) waren, und baten ihre Kollegen von anderen Experimenten um Mithilfe. So weit, so gut.

Nun, ein knappes halbes Jahr und einige Debatten später, hat man anscheinend zwei Fehlerquellen identifiziert. Eine betrifft einen Oszillator, der Zeitmarken für die GPS-Synchronisierung setzt. Dieser könnte zu einer Überschätzung der Neutrino-Flugzeiten geführt haben, wie es in einer Presseerklärung heißt. Interessant: die Neutrinos wären also dann vielleicht noch schneller gewesen. Die zweite Fehlerquelle betrifft offenbar ein Glasfaserkabel, welches das externe GPS-Signal zur zentralen OPERA-Uhr weiterleitet. Dieses könnte “nicht korrekt funktioniert haben”. Falls dem so sei, könnte die Flugzeit unterschätzt worden sein.

Es handelt sich also um gegenläufige Fehlerquellen, deren Einfluss auf die Ergebnisse zum jetzigen Zeitpunkt unbekannt seien. Im Mai soll es neue Versuche geben. Die sollen dann zeigen, ob die Neutrinos nun zu schnell waren oder nicht.

Im Tunnel nichts Neues

Tja – wirklich Neues gibt es zu dem Thema also nicht. Schon im Herbst galt die GPS-Synchronisierung (zum ersten Mal eingesetzt) als heißer Kandidat für die Fehlerquelle. Jetzt hat man das Problem offenbar eingegrenzt, gelöst aber noch nicht. Warum sonst die aufwendigen Tests im Mai?

Ausgelöst durch eine knappe Meldung von gestern, die sich auf eine anonyme Quelle beruft, gilt allerdings einigen das Rätsel bereits als gelöst. Das defekte Kabel solle exakt die 60 Nanosekunden ausgemacht haben, steht da. Überprüfen kann man das nicht. Natürlich konnte sich darauf so mancher nicht zurückhalten, Hohn und Spott über die Forscher am CERN und in Italien zu ergießen. Im Kurznachrichtendienst Twitter sammeln sich, so liest man, die Neutrinowitze. Manche Blogger nennen das Ganze “peinlich”. Natürlich stürzt man sich auf das “kaputte Kabel”, das aber, sofern es sich um das selbe handelt wie in der OPERA-Pressemeldung, nur eine von zwei möglichen Fehlerquellen ist.

In der heutigen Pressemeldung der OPERA-Kollaboration jedenfalls steht auch wirklich nicht viel, aber dass die Lösung immer noch nicht gefunden wurde, liest man da schon ziemlich deutlich heraus. Und auch eine Erklärung im Newsblog von Nature ist zwar wortreicher, enthält inhaltlich aber das gleiche. 

Peinlich?

Zugegeben, das Ganze wirkt reichlich seltsam. Die Pressemeldung wirkt nachgeschoben. Und was soll das mit der “anonymen Quelle”? Jedenfalls: Wer aber schon mal an einem (teilchen-)physikalischen Experiment gearbeitet oder sich selbst ein Bild von OPERA machen konnte, schmunzelt vielleicht über die möglicherweise triviale Lösung des Neutrinorätsels, ohne allzusehr überrascht zu sein. Dass ein Fehler möglicherweise auf einen simplen Hardwareeffekt zurückzuführen ist, war von vornherein klar – insbesondere bei einem so komplexen Experiment wie OPERA. Ich glaube nicht, dass mancher Leserkommentator, der meint, die Wissenschaftler müssten sich nun “in Grund und Boden schämen“, jemals Zeitmessungen im Nanosekundenbereich durchgeführt haben. Nachtrag: bezogen auf den Kommentar “Es ist eine Lachnummer”, von Bernd Buerschaper unter dem verlinkten Text. Läßt sich leider nicht direkt verlinken.

“Peinlich” ist für mich weder das Verhalten der Wissenschaftler, noch ihrer aufgefundenen (potentiellen) Fehlerquellen, noch ihre Offenheit. Wohl aber die Aufregung um eine Meldung, die praktisch nichts Neues bietet.

PS: Alles andere, als dass sich die “überlichtschnellen Neutrinos” bald in Luft auflösen, würde auch mich schwer überraschen.

Mit dem Astronomievirus infiziert wurde ich Mitte der achtziger Jahre, als ich als 8-Jähriger die Illustrationen der Planeten auf den ersten Seiten eines Weltatlas stundenlang betrachtete. Spätestens 1986, als ich den Kometen Halley im Teleskop der Sternwarte Aachen sah (nicht mehr als ein diffuses Fleckchen, aber immerhin) war es um mich geschehen. Es folgte der klassische Weg eines Amateurastronomen: immer größere Teleskope, Experimente in der Astrofotografie (zuerst analog, dann digital) und später Reisen in alle Welt zu Sonnenfinsternissen, Meteorschauern oder Kometen. Visuelle Beobachtung, Fotografie, Videoastronomie oder Teleskopselbstbau – das sind Themen die mich beschäftigten und weiter beschäftigen. Aber auch die Vermittlung von astronomischen Inhalten macht mir großen Spaß. Nach meinem Abitur nahm ich ein Physikstudium auf, das ich mit einer Diplomarbeit über ein Weltraumexperiment zur Messung der kosmischen Strahlung abschloss. Trotz aller Theorie und Technik ist es nach wie vor das Erlebnis einer perfekten Nacht unter dem Sternenhimmel, das für mich die Faszination an der Astronomie ausmacht. Die Abgeschiedenheit in der Natur, die Geräusche und Gerüche, die Kälte, die durch Nichts vergleichbare Schönheit des Kosmos, dessen Teil wir sind – eigentlich braucht man für das alles kein Teleskop und keine Kamera. Eines meiner ersten Bücher war „Die Sterne“ von Heinz Haber. Das erste Kapitel hieß „Lichter am Himmel“ – daher angelehnt ist der Name meines Blogs. Hier möchte ich erzählen, was mich astronomisch umtreibt, eigene Projekte und Reisen vorstellen, über Themen schreiben, die ich wichtig finde. Die „Himmelslichter“ sind aber nicht immer extraterrestrischen Ursprungs, auch in unserer Erdatmosphäre entstehen interessante Phänomene. Mein Blog beschäftigt sich auch mit ihnen – eben mit „allem, was am Himmel passiert“. jan [punkt] hattenbach [ät] gmx [Punkt] de Alle eigenen Texte und Bilder, die in diesem Blog veröffentlicht werden, unterliegen der CreativeCommons-Lizenz CC BY-NC-SA 4.0.

17 Kommentare

  1. Gar nicht peinlich!

    Wieso sollte der Fehler, wenn er denn gefunden wurde, peinlich oder eine Blamage sein? Und sich die Forscher in Grund und Boden schämen, wie die FAZ schreibt? Das ist doch Wissenschaft pur: Es werden Daten gesammelt, akribisch analysiert, diskutiert, geprüft und, wenn nötig, verworfen. Keine Rechthabereien, sondern ehrliche Erkenntnissuche. Da geht dann auch mal was daneben, aber die Forscher waren ja selbst von Anfang an kritisch, wie Sie auch zurecht betonen. Das ist also alles ein Ehrenzeugnis der Wissenschaft, keine Blamage.

    Aber nicht alles schütten jetzt Häme herum. Ihre Kollegen von bild der wissenschaft, oder jedenfalls Rüdiger Vaas, hat dem Ganzen auch eine gute Seite abgewonnen.

    http://www.wissenschaft.de/…aft/news/315094.html

    Danke für Ihren aktuellen Blogbericht!

  2. Fehlerquelle Glasfaserkabel

    Die zweite Fehlerquelle betrifft offenbar ein Glasfaserkabel, welches das externe GPS-Signal zur zentralen OPERA-Uhr weiterleitet. Dieses könnte “nicht korrekt funktioniert haben”. Interessant: Falls dem so sei, könnte die Flugzeit sogar unterschätzt worden sein – die Neutrinos wären also dann vielleicht noch schneller gewesen.

    Das habe ich den Meldungen zum Thema auch der von dir verlinkten, nicht so entnommen. Ich hatte das so verstanden, dass, wie du weiter unten schreibst, die Daten vom GPS-Receiver 60 Sekunden später am Computer ankommen als eigentlich berechnet, dass man also eine zu geringe Zeitkorrektur für die Verzögerung des GPS-Zeitsignals angenommen hat. Das würde dann doch genau erklären, woher die fehlerhafte Messung der Neutrinoflugzeit kommt.

  3. Peinlich ist…

    …nur die Berichterstattung der Ahnungslosen zu diesem Thema!

    Wenn ich lese, das “CERN sich offenbar vermessen haben soll” krieg’ ich die Krise. OPERA steht im Gran-Sasso-Tunnel und CERN hat mit OPERA so gut wie nix zu tun.

    Die OPERA-Physiker haben von Anfang an Skepsis verlauten lassen, aber fast alle Medien haben sich kritiklos auf die vermeintliche Sensation gestürzt.

    Das Ganze ist vor allem ein Lehrstück über Wissenschaft und wie man über Wissenschaft berichtet bzw. berichten sollte.

    Und wer nun den Wissenschaftlern Peinlichkeit unterstellt, hat keine Ahnung, wie Wissenschaft (und Medien) funktionieren.

  4. Mhm…

    Man darf nicht vergessen, dass diverse Mitglieder der OPERA-Kollaboration sich mit guten Gründen gegen die Veröffentlichung des Ergebnisses gewehrt haben, und zwar genau weil sie so einen technischen Fehler erst einmal ausgeschlossen haben wollten. Es ist ja keineswegs so dass keiner hätte ahnen können, dass es möglicherweise auf einen defekten Oszillator oder dergleichen hinauslaufen würde, im Gegenteil, die Vermutung stand von Anfang an im Raum.

    Insofern denke ich schon, dass die Forscher sich da hätten anders entscheiden dürfen, zumal es dann ja auch völlig abzusehen ist, was für ein Rummel um so ein Resultat gemacht wird.

    Außergewöhnliche Behauptungen bedürfen nun mal außergewöhnlicher Belege, und daran haben sich sie OPERA-Forscher nun ganz und gar nicht gehalten. Im Gegenteil, man wird den Eindruck nicht los, als hätten sie das große Bohei um die Ankündigung gerne genommen und jetzt gezielt versucht, die Aufmerksamkeit für den gefundenen Fehler möglichst klein zu halten.

    Das hat wohl nur deswegen nicht funktioniert, weil irgendein von diesem Vorgehen genervter Forscher den Sachverhalt vorzeitig an Science durchgestochen hat, bevor die OPERA-Leute ihren (anscheinend längst vorbereiteten) Bericht möglichst still und leise an die Boards weiterreichen konnten.

    Die Geschichte von den aufrechten Forschern, die da nur ihre Wissenschaft machen, wärend irgendwelche Presseheinis drumherum einen Affentanz veranstalten, haut schlicht nicht hin.

  5. @Lars

    Wir müssen das eben differenziert sehen.

    Es gibt nicht die Opera-Forscher, sondern diejenigen die die Meldung lanciert haben und den Schlamassel mit zu verantworten haben – und denjenigen von Opera, die gewarnt haben, dass eine Meldung verfrüht wäre und z.B. explizit nicht auf der dann lancierten Veröffentlichung als Autoren stehen wollten.

    Die die da seitens Wissenschaft vorgeprescht sind, haben das zu verantworten, aber auch die Presse, die sich sofort auf die “Sensationsgeschichte” gestürzt und in den Himmel geschrieben haben.

    Aber jetzt warten wir erstmal weiterhin ab, was konkret an den Messungen ist und wo mögliche Fehlerquellen liegen. Der Drops ist ja offenbar noch nicht gelutscht.

    (Wir werden dazu sicherlich nächste Woche auf einer internationalen, wissenschaftlichen Konferenz diskutieren.)

  6. Effekt der Signallaufzeit

    Jan, du schreibst:

    Die zweite Fehlerquelle betrifft offenbar ein Glasfaserkabel, welches das externe GPS-Signal zur zentralen OPERA-Uhr weiterleitet. Dieses könnte “nicht korrekt funktioniert haben”. Interessant: Falls dem so sei, könnte die Flugzeit sogar unterschätzt worden sein – die Neutrinos wären also dann vielleicht noch schneller gewesen.

    Natürlich stürzt man sich auf das “kaputte Kabel”, das aber, sofern es sich um das selbe handelt wie in der OPERA-Pressemeldung, eigentlich der “falsche” der beiden Fehler sein soll.

    Ich kann dir da immer noch nicht folgen.

    Einer von uns beiden hat die Sache mit der Auswirkung der falsch modellierten Signallaufzeit nicht verstanden. Ich glaube im Moment nicht, dass ich das bin, aber wenn man mir überzeugend darlegt, wo mein Fehler ist, lasse ich mich natürlich überzeugen.

    Ich habe in der Grafik: Neutrino mal den Effekt eines Fehlers in der Modellierung der Verarbeitungszeit (inklusive Laufzeit) des GPS-Zeitgebers schematisch dargestellt. Man sieht doch, dass wenn die Verarbeitungszeit kleiner angenommen wird als die tatsächliche Verarbeitungszeit – und das war hier der Fall, denn das Signal vom Zeitgeber brauchte offenbar etwas länger, um den Computer zu erreichen, als in den Berechnungen modelliert – der Effekt zwangsläufig sein muss, dass eine zu frühe Ankunftszeit des Neutrinos berechnet wird – in dem Schema T2 statt, wie richtig T3.

    Wie du offenbar zur gegenteiligen Interpretation kommst, ist mir im Moment schleierhaft.

  7. Etwas durcheinander?

    “Interessant: Falls dem so sei, könnte die Flugzeit sogar unterschätzt worden sein – die Neutrinos wären also dann vielleicht noch schneller gewesen.”

    Wenn ich etwas unterschätze, dann sollte es doch wohl tatsächlich größer/länger sein als von mir geschätzt.

    In diesem Fall also die Zeit länger und die Geschwindigkeit der Neutrinos langsamer.

  8. Fremdschämen

    Herr Lindinger von der FAZ, dessen Artikel oben verlinkt wurde, schreibt doch gar nichts davon, sich in Grund und Boden zu schämen. Er mahnt allerdings mehr Sorgfalt an. Damit har er Recht (wobei es nett wäre, wenn Lindinger selbst generell mehr Sorgfalt in seine eigenen Artikel investieren würde).

  9. Falscher Link

    Nein, im Text von Manfred Lindinger steht nichts von Schämen, den meinte ich gar nicht. Sondern den Kommentar von Bernd Buerschaper darunter, stellvertretend für eine Reihe von Kommentaren in Blogs. Ich dachte, ich hätte den Link sauf die Kommentare gesetzt, aber dem ist wohl nicht so (lässt sich wohl auch nicht machen).

  10. @Lars

    Eben – dass es sich um einen möglicherweise ziemlich trivialen Fehler handeln könnte, war von Anfang an klar. Dass es jtzt so aussieht, das es sich tatsächlich um einen ziemlich einfachen Fehler gehandelt hat, ist keint Grund zur Aufregung. Insofern sind viele Unmutsbekundungen nun darüber maßlos übertrieben (wie schon die Aufregung in der Presse seinerzeit übertrieben war).

    Man kann sicher geteilter Meinung sein, ob es geschickt war, diese Ergebnisse transparent zu veröffentlichen, im Wissen, dass die von einer sensationsüberhitzten Öffentlichkeit erst maßlos überbewertet, und hinterher die Wissenschaftler als Idioten dargestellt werden.

    Der Fehler liegt mMn nicht bei den Wissenschaftlern.

  11. Was hätten sie denn sonst tun sollen?

    “Man kann sicher geteilter Meinung sein, ob es geschickt war, diese Ergebnisse transparent zu veröffentlichen […] Der Fehler liegt mMn nicht bei den Wissenschaftlern.”

    Sehe ich – die Geschichte intensiv verfolgt habend – ganz genau so: Sie haben etwas völlig Unerwartetes gesehen, intensiv nach Fehlern gesucht, keine gefunden, schließlich ein Paper geschrieben (das ein Blogger leakte, nicht sie selbst), die ganze Community anhand dessen (leider vergeblich) nach dem Fehler suchen lassen, bzgl. des Hauptzweifels wegen der sehr langen Neutrinopulse eigens beim CERN extra kurze geordert, wieder denselben mysteriösen Effekt gesehen, das Paper ergänzt (jetzt mit mehr Unterstützung im Team) und bei einem Journal eingereicht.

    Und *dann* haben sie erst zwei mögliche – und erwartungsgemäß ziemlich subtile – Fehlerquellen entdeckt, dies publik gemacht (wie schnell und freiwillig, wissen wir nicht) und bereits neue Experimente angesetzt. Was, bitte, hätten sie denn *anders* machen sollen, als Experimentalphysiker? Und, geben wir (Blogger) es doch zu: Einen Heidenspass mit der Sache hatten und haben wir schon … 🙂

  12. Willkommen auf dem Planeten Erde

    Ich zitiere mal aus der CERN-Pressemitteilung vom 23.9.2011:

    The OPERA result […] appears to indicate that the neutrinos travel at a velocity 20 parts per million above the speed of light, nature’s cosmic speed limit.

    The OPERA measurement is at odds with well-established laws of nature, though science frequently progresses by overthrowing the established paradigms.

    After many months of studies and cross checks we have not found any instrumental effect that could explain the result of the measurement.

    The distance between the origin of the neutrino beam and OPERA was measured with an uncertainty of 20 cm over the 730 km travel path. The neutrinos’ time of flight was determined with an accuracy of less than 10 nanoseconds by using sophisticated instruments including advanced GPS systems and atomic clocks. The time response of all elements of the CNGS beam line and of the OPERA detector has also been measured with great precision.

    “We have established synchronization between CERN and Gran Sasso that gives us nanosecond accuracy, and we’ve measured the distance between the two sites to 20 centimetres. […]Although our measurements have low systematic uncertainty and high statistical accuracy, and we place great confidence in our results, we’re looking forward to comparing them with those from other experiments.”

    The potential impact on science is too large to draw immediate conclusions or attempt physics interpretations. My first reaction is that the neutrino is still surprising us with its mysteries.

    Ja, da steht daneben auch noch etwas davon, dass alle eingeladen werden sollen, die Daten zu überprüfen. Aber wer diese Pressemitteilung liest, wird doch wohl davon ausgehen, dass diejenigen, die damit an die Öffentlichkeit getreten sind, sich ihrer Sache schon recht sicher sind.

    Zuallermindest wird man doch davon ausgehen dürfen, dass die mehrfachen Versicherungen, dass die Messgenauigkeit wirklich im genannten Rahmen liegt und dass trotz intensiver Suche keine in der Experimentvorrichtung verborgene Fehlerquelle gefunden wurde, auch eine belastbare Aussage ist.

    Gut – die Fachwelt wurde zur Überprüfung der Ergebnisse aufgefordert, aber wie hätten die denn das in der Praxis bewerkstelligen sollen? Auch die externen Kollegen werden doch wohl billigerweise davon ausgehen, dass zumindest solche Fehler wie der jetzt entdeckte schon ausgeschloosen werden können.

    Also, wer so einschenkt, der darf sich nicbt wundern, wenn die Nachricht Wellen schlägt. Was hätten die Journalisten denn bitteschön sagen sollen?

    Vielleicht: “Das glauben wir euch eh nicht, ihr habt bestimmt noch nicht mal überprüft, ob wenigstens alle Kabel ordentlich sitzen?”

    Nee, liebe Leute, lasst es gut sein. Sollen die Herrschaften doch nun versuchen, zurückzurudern. Daran soll man sie nicht hindern. Aber man muss ihnen nicht auch noch beim Rudern helfen.

  13. replace Neutrino by photon: error detect

    Hätten das Opera-Team den Neutrinopfad durch einen lange Lichtweg (z.B. Mehrfachreflexion an Spiegeln) ersetzt, hätten sie den Messfehler gefunden.
    Nun, vielleicht war das nicht praktikabel oder sie haben schlicht nicht daran gedacht.

  14. @Martin Hozherr: keine Option

    Nein, einen parallelen Lichtweg aufzusetzen wäre keine Option gewesen, denn die Neutrinos bewegen sich nicht etwa durch einen Tunnel, sondern durch Gestein, das nicht einmal von harten Röntgenblitzen durchdrungen würde.

  15. @Joachim: Fehler auf beiden Seiten?

    Leider verstehe ich die Art des Fehlers zuwenig. Ich hatte jedoch den Eindruck, dass der Fehler vor allem bei der “Sende”station lag wenn man liest (2.Fehlerquelle beachten):
    The first possible effect concerns an oscillator used to provide the time stamps for GPS synchronizations. It could have led to an overestimate of the neutrino’s time of flight. The second concerns the optical fibre connector that brings the external GPS signal to the OPERA master clock

    Wenn der Fehler zwischen den Messgeräten und dem Startpunkt des Strahls lag, dann hätte man das schon mit einer Vermessung der Lichtgeschwindigkeit ohne und mit vorgeschalteter Messaparatur finden können. Allerdings bedeutet GPS synchronizations wohl die Synchronisation der Sende- mit der Empfangsstelle, womit dann wirklich nur noch irgend ein Signal, das diese Strecke durchläuft, als Test in Frage kommt.

  16. Vielleicht …

    … sollte man einfach akzeptieren, dass es Fehler gibt und immer geben wird, besonders dann, wenn man an der Grenze des technisch Machbaren kratzt.

    Warum muss denn überhaupt jemand “Schuld” sein mit Häme übergossen werden, egal ob Wissenschaftler oder Journalist?

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