Physik Neue Erkenntnisse zum Gewicht von Neutrinos

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16:05 Uhr
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SWR2

Neutrinos durchdringen jede Materie, ohne Spuren zu hinterlassen. Forscherinnen und Forscher versuchen, mit der Neutrinowaage KATRIN die Masse der flüchtigen Teilchen möglichst genau einzugrenzen. Dabei haben sie nun Fortschritte erzielt.

Auch "Geisterteilchen" haben eine Masse

Unsere Sonne setzt Neutrinos bei der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium frei. Milliarden der oft auch Geisterteilchen genannten Neutrinos treffen pro Sekunde auf die Erde und sind so klein und leicht, dass Wissenschaftler lange Zeit glaubten, sie hätten gar keine Masse. Heute weiß man aber, Neutrinos haben eine Masse.

KATRIN Neutrinowaage (Foto: SWR, SWR - Thomas Hillebrandt)
Neutrinos durchdringen jede Materie, ohne Spuren zu hinterlassen. SWR - Thomas Hillebrandt


Jetzt liegen die ersten Messergebnisse der supergenauen Neutrino-Waage in Karlsruhe vor. Erstaunliches Ergebnis: Die Masse der Neutrinos ist noch kleiner ist als angenommen. Der Karlsruher Physiker Magnus Schlösser erläutert :

Wir wissen jetzt, das Neutrino muss mindestens leichter sein als 1 Elektronenvolt. Man kann sich das schwer vorstellen: Was ein Elektron an Masse hätte, wäre eine Null mit 36 Nullen und dann eine Eins in Kilogramm, also eine unglaublich geringe Masse.

Magnus Schlösser


Neutrinos als großes ungelöstes Rätsel der Physik

Magnus Schlösser ist Teil eines Teams mit über einhundert Wissenschaftlern und Expertinnen aus der ganzen Welt. Sie lösen mit der riesigen Neutrino-Waage KATRIN eines der größten Rätsel der Physik: Was wiegt ein ein Neutrino? KATRIN steht für "Karlsruher Tritium Neutrino Experiment".

Die Mega-Anlage wurde 2001 von einer Spezialfirma im bayerischen Deggendorf gebaut. Schon der Transport nach Karlsruhe war ziemlich aufwändig. Für die Autobahn war Katrin zu riesig, deshalb wurde sie fast ausschließlich auf dem Schiff über den Rhein transportiert.

Die letzten Kilometer der 200-Tonnen schweren Konstruktion führten durch enge Straßen bis zum Forschungszentrum Karlsruhe. Hier wurde die Waage zusammengebaut.

Transport der riesigen Neutrinowaage (Foto: picture-alliance / Reportdienste, picture alliance / Eibner-Presse)
Der Transport der riesigen Neutrinowaage war ein großes Medienereignis. picture alliance / Eibner-Presse

Neutrinos als Relikte des Urknalls

Viel Aufwand für die kleinen Neutrinos. Doch der lohnt sich, meinen die Physiker: Man findet beispielsweise in jedem Kubikzentimeter vom Universum noch 300 Neutrinos, die vom Urknall übrig geblieben sind.

Zusätzlich gibt es Quellen wie die Sonne und Supernovas, die immense Mengen an Neutrinos produzieren. Die kommen auch auf die Erde und gehen ganz durch uns durch. Diesen Neutrino - Strom, der die ganze Zeit durch uns durch geht, auf jedem Quadratzentimeter sind das ungefähr eine Milliarde Neutrinos, den bemerken wir gar nicht, denn die Neutrinos sind extrem schwach wechselwirkend.

Neutrinos wiegen mit einem Trick

Neutrinos zu wiegen ist extrem aufwändig und funktioniert nur mit einem Trick. KATRIN ist gut 70 Meter lang. An einem Ende speisen die Wissenschaftler Tritium in die Anlage ein.

Tritium ist die radioaktive Version von Wasserstoff. Wenn es zerfällt, entstehen ein Elektron und ein Elektron-Neutrino.
Zusammen tragen sie immer die gleiche Energiemenge - das ist der Kern des Tricks zum Neutrino-Wiegen. Denn die Neutrinos bekommen die Wissenschaftler nicht zu fassen. Die Elektronen aber schon, und deren Energie können sie messen.

Nur wenige, sehr Energie geladene Elektronen schaffen den Weg zum Spektrometer. Hier messen die Wissenschaftler, wie hoch die Energie der Elektronen ist. Daraus ergibt sich, wie viel Energie das Neutrino abbekommen haben muss und - welche Masse es hat.

Neutrinowaage KATRIN Teilchenbeschleuniger (Foto: Pressestelle, KIT)
Mit der Neutrinowaage KATRIN haben Forscherinnen und Forscher nun erstmals versucht, die flüchtigen Teilchen zu wiegen. Pressestelle KIT


Messerergebnisse von Katrin könnten Physik revolutionieren

Jetzt geht es darum, die Messungen noch sensitiver zu machen und die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen. Bis 2024 werden die Wissenschaftler weiter daran arbeiten. Eintausend Messtage sollen es am Ende sein. Der Physiker Magnus Schlösser ist begeistert:

Das Schöne ist, dass wir wirklich Dinge machen, die an der Grenze von dem sind, was wissenschaftlich gerade möglich ist. Und wir versuchen jetzt diese Grenzen weiter zu schieben.

Magnus Schlösser

In den nächsten Jahren wird es spannend, denn jetzt ist klar, dass die Neutrino-Waage sehr gut funktioniert. Ihre Messergebnisse könnten die Physik revolutionieren. Schließlich könnte die Summe aller Neutrinos zum Beispiel einen wichtigen Anteil an der geheimnisvollen "Dunklen Materie" haben.

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