Neutrino: Elementarteilchen nur halb so schwer wie bisher gedacht
Am Karlsruher Institut für Technologie(öffnet im neuen Fenster) ist das bisher präziseste Experiment zur Bestimmung der Masse eines Neutrinos durchgeführt worden. Zusammen mit früheren Messungen des Karlsruhe-Tritium-Neutrino-Experiments (kurz: Katrin) ist es gelungen, viermal genauere Aussagen zur Neutrinomasse zu erhalten als bei anderen Versuchsaufbauten.
Maximal 0,45 Elektronenvolt (eV) beträgt die Ruheenergie nach den neuesten Daten. Zuvor lag die Obergrenze bei 0,8 eV. Ausgehend von der Äquivalenz von Energie und Masse nach der Speziellen Relativitätstheorie lässt sich dies umrechnen, ergibt aber eine wenig aussagekräftige Angabe in Gramm, bei der erst nach 33 Nullen hinter dem Komma die Ziffer 8 folgt. Viel wichtiger dürfte sein, dass ein Elektron mehr als eine Million Mal schwerer ist. Die Studie dazu wurde in Science(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht.
Das unterstreicht noch einmal, wie aufwendig allein das Detektieren und erst recht das präzise Beobachten von Neutrinos ist. In der 70 m langen Röhre in Karlsruhe wurde der Betazerfall von Tritium(öffnet im neuen Fenster) ( 3 H), einem Wasserstoffisotop, genutzt, um indirekt über die Energieverteilung der 36 Millionen ausgesendeten Elektronen auf die Ruhemasse von Neutrinos schließen zu können.
Bemerkenswerte Auswirkungen
So wenig das Elementarteilchen greifbar ist, so groß könnten die Folgen der exakten Vermessung sein. Wegen der minimalen Massen eignet sich das Neutrino, um Experimente nah an der Grenze der Lichtgeschwindigkeit durchzuführen. Die Gültigkeit der Lorentz-Transformation und der speziellen Relativitätstheorie können hier überprüft werden.
Dazu stellen sowohl Kernfusions- als auch Kernspaltungsprozesse eine Neutrinoquelle dar. Es hilft, die Eigenschaften von Neutrinos besser zu verstehen, um die zugrundeliegenden Mechaniken der Vorgänge im Atomkern zu verstehen und im besten Fall steuern zu können. So ließe sich zum Beispiel die Produktionsrate von Plutonium in Kernreaktoren über die Neutrinodichte bestimmen.
Erklärung der dunklen Materie
Die Forschungsgruppe, die Katrin durchgeführt hat, möchte im nächsten Schritt das geschätzt tausendfach schwerere sterile Neutrino nachweisen. Steril ist es, weil es nur mit der Gravitation wechselwirken soll, aber mit nichts anderem.
Liegt die Masse dieses bisher nur hypothetischen Elementarteilchens tatsächlich so hoch, wäre man dem Verständnis der dunklen Materie ein Stück näher. Sterile Neutrinos gelten als geeignete Kandidaten, sollten sie schwer genug sein.