Teilchenphysik Was wiegen Neutrinos?

Quelle: dpa

Vor rund hundert Jahren von Experten nur postuliert, war das Neutrino. Es entzog sich bisher den Versuchen, seinen Eigenschaften auf die Schliche zu kommen. Jetzt konnte das „Geisterteilchen“ zumindest „gewogen“ werden.

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Geisterteilchen doch erwischt! Forschende am KIT in Karlsruhe haben es mit einer gigantischen Waage geschafft, das maximale Neutrinogewicht in Elektronenvolt (eV) zu ermitteln! Hier mehr dazu.
Geisterteilchen doch erwischt! Forschende am KIT in Karlsruhe haben es mit einer gigantischen Waage geschafft, das maximale Neutrinogewicht in Elektronenvolt (eV) zu ermitteln! Hier mehr dazu.
(Bild: CERN)

Ein internationales Forscherteam hat eine riesige und deshalb tonnenschwere Waage am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eingesetzt, um einen Neutrino-Erfolg in der Teilchenphysik zu verbuchen. Denn mit diesem Aufwand haben die Experten das leichteste bekannte Teilchen des Universums respektive aus der Kategorie der Leptonen gewogen, das auch als Geisterteilchen bekannt ist. Die Maßeinheit für so einen Winzling lautet nicht Gramm, sondern Elektronenvolt (eV).

Mit ihren Experimenten konnten die Physiker nun 0,8 Elektronenvolt als Obergrenze für die Neutrinomasse bestimmen, wie der Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichteten. Damit wurde die sogenannte 1-Elektronenvolt-Barriere durchbrochen, betonen die Fachleute, die das Ereignis als großen Erfolg feiern. Der Neutrino-Experte John Wilkerson von der University of North Carolina beglückwünschte die beteiligten Forscher in einer Mitteilung. Bis Ende 2024 sollen die Messungen zur Neutrinomasse am KIT noch verfeinert werden.

Neutrinos – überall und durch nichts aufzuhalten

Neutrinos, erklärt man, sind elektrisch neutrale Elementarteilchen. Und sie könnten eine wichtige Funktion bei der Bildung des Universums gehabt haben. Sie werden unter anderem auch bei Kernfusionen in der Sonne freigesetzt und spielen bei radioaktiven Zerfällen von Atomkernen sowie Supernovaexplosionen im Weltall eine Rolle. Außerdem sind sie überall, weshalb sie zu den häufigsten Elementarteilchen im Universum zählen. Die KIT-Forschenden machen klar, dass allein durch einen Finger jede Sekunde Milliarden von ihnen hindurchflutschen. Weil sie so gut wie nicht mit ihrer Umgebung wechselwirken, merkt man davon aber nichts. Auch massive Planeten wie die Erde können den Flug der Neutrinos durchs Universum also nicht aufhalten.

Pauli entdeckt einen merkwürdigen Massendefekt

Das macht es natürlich schwer, sie zu erfassen, weil sie eben mit nichts wechselwirken. Messsysteme kriegen also in der Regel gar nicht mit, wenn sie mit einem solchen Geisterteilchen konfrontiert sind. Schon 1930 postulierte der österreichische Nobelpreisträger Wolfgang Pauli aber erstmals die Existenz dieser Teilchen. Er schlussfolgerte das, weil beim Zerfall von Atomkernen die erhaltenen Messdaten für Neutronen und Elektronen nicht zum Grundsatz der Energieerhaltung der Physik passten - ein bisschen etwas fehlte offensichtlich auf einer Seite der Rechnung.

Erst über 20 Jahre später wurden die Neutrinos dann nachgewiesen. Sie galten lange sogar als gänzlich masselos. Denn wegen ungenauer Messapparaturen konnte man bisher auch kaum mehr über Neutrinos sagen. Sie widersetzen sich gewissermaßen der wissenschaftlichen Beobachtung.

Die Superwaage „Katrin“ blufft das Neutrino nicht

Um das Problem mit der Messbarbeit zu lösen, hat man zum Karlsruhe-Tritium-Neutrino-Experiment, kurz „Katrin“, gegriffen. Dabei wird in einer 70 Meter langen Versuchsanlage im Vakuum die Energieverteilung beim Zerfall von Tritium gemessen. Das ist ein instabiles Wasserstoffisotop. Aus den Werten lässt sich die Masse der Neutrinos bestimmen, sagen die KIT-Forschenden. Schon 2019 wurde „Katrin“ in Betrieb genommen, wie man auch noch erfährt. Im Laufe der Zeit wurden die Instrumente außerdem immer präziser. Das KIT spricht von der genauesten Waage der Welt. Auch musste jeder Einfluss auf die Neutrinomasse detailliert untersucht werden, um störende Effekte auf das Resultat zu entdecken und herauszufiltern.

Ein neues Detektorsystem soll dann ab 2025 bei der Suche nach sogenannten sterilen Neutrinos helfen. Das sterile Neutrino noch heute als bisher rein hypothetisches Elementarteilchen beschrieben, das nicht allen vier fundamentalen Wechselwirkungen des Standardmodells unterworfen ist, sondern nur der Gravitation. Auch könnte es sogar von bisher noch unbekannten Wechselwirkungen bestimmt werden, meinen die Experten.

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