Weniger als 0,8 eV: Bei Messung der Neutrino-Masse wichtige Grenze durchbrochen
Seit 2019 werden in Karlsruhe die rätselhaften Neutrinos präzise vermessen. Bei der Ermittlung der Masse wurde nun eine wichtige Barriere überquert.
Blick in das Katrin-Experiment
(Bild: Markus Breig, KIT)
Die Masse von Neutrinos beträgt maximal 0,8 Elektronenvolt (eV) – ein eV entspricht 1,8 x 10-36 Kilogramm. Das ist das jüngste Ergebnis der Forschungen vom Katrin-Experiment in Karlsruhe, das damit erstmals in den für die Neutrinophysik wichtigen Bereich unter einem Elektronenvolt vordringt. "Die experimentellen Daten des ersten Messjahres und die Modellierung auf Basis einer verschwindend kleinen Neutrinomasse passten perfekt zusammen", heißt es jetzt zur Vorstellung der Daten. Die Fachwelt sei begeistert, dass die Barriere damit durchbrochen worden sei. Auf dem Weg zur Ermittlung der tatsächlichen Masse der "Leichtgewichte des Universums" sei das ein weiterer Meilenstein.
Teilchenphysik und Kosmologie
Neutrinos seien die wohl faszinierendsten Elementarteilchen, erklären die Experten und Expertinnen nun, sie sind überall – mehrere Milliarden von ihnen durchströmen in jeder Sekunde den Finger eines Menschen. In der Kosmologie spielen sie eine wichtige Rolle bei der Entstehung von großräumigen Strukturen, beim Urknall haben sie dazu beigetragen, dass das Universum heute so aussieht, wie wir es kennen. Gleichzeitig nehmen sie in der Teilchenphysik eine Sonderrolle ein, weil ihre winzige Masse auf physikalische Prozesse hinweist, die über unsere aktuellen Theorien hinausgeht, erläutert das Forschungsteam noch. Solange wir ihre genaue Masse nicht kennen, werde unser Verständnis vom Universum nicht vollständig sein.
Mit der Ermittlung dieser Masse ist das Katrin-Experiment (Karlsruhe TrItium Neutrino Experiment) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beauftragt. Es ist 70 Meter lang und verfügt über die intensivste Tritium-Quelle der Welt. Beim Zerfall des superschweren Wasserstoffs 3H entstehen in dem Instrument Elektronen und Neutrinos. Die geladenen Elektronen werden herausgefiltert und vermessen, um dadurch auf die Masse der ungeladenen Neutrinos schließen zu können. Inzwischen laufe das Experiment wie ein Uhrwerk, die Störsignale konnten zuletzt deutlich reduziert und die Signalrate erhöht werden. Die Messungen sollen bis 2024 fortgeführt und immer besser werden. Die aktuellen Ergebnisse werden im Fachmagazin Nature Physics vorgestellt.
Das Katrin-Experiment zum Wiegen von Neutrinos (11 Bilder)
(Bild: KIT)
Erstmals postuliert wurde die Existenz der rätselhaften Teilchen von dem österreichischen Nobelpreisträger Wolfgang Pauli. Hintergrund war, dass beim Zerfall von Atomkernen Messdaten für Neutronen und Elektronen nicht zum Grundsatz der Energieerhaltung in der Physik passten. Erst mehr als zwei Jahrzehnte später wurden die Neutrinos erstmals nachgewiesen und galten dann für Jahrzehnte als masselos. Neutrinos sind elektrisch neutral und wechselwirken nur über die Gravitation und die schwache Kernkraft. Für den Nachweis, dass sie doch über eine – wenn auch winzige – Masse verfügen, gab es 2015 den Nobelpreis für Physik. Sollte sie ermittelt werden, dürfte das einmal mehr eines Nobelpreises würdig sein. Bis dahin ist aber noch ein ganzes Stück Arbeit notwendig.
[Update 18.02.2022 – 13:00 Uhr] Formulierung zur Funktionsweise korrigiert.
(mho)
