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Weniger als 1,1 eV: Bislang genaueste Messung der Neutrino-Masse

Am Karlsruher Institut für Technologie steht die genaueste Waage der Welt. Nach 15 Jahren Bauzeit liefert sie nun die ersten Ergebnisse.

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Der Hauptspektrometertank des Experiments

(Bild: Karlsruher Institut für Technologie (KIT))

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Mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 Prozent haben Neutrinos eine Masse von weniger als 1,1 Elektronenvolt (eV) und damit 500.000 mal weniger als Elektronen. Das haben Forscher mit dem Katrin-Experiment in Karlsruhe ermittelt – der genauesten Waage der Welt. Nach der feierlichen Inbetriebnahme Mitte 2018 konnten die Messungen Anfang 2019 aufgenommen werden, erklären die Verantwortlichen. Drei internationale Analyseteams seien dann getrennt voneinander auf identische Werte gekommen und die zuvor erreichte Messgenauigkeit drastisch verbessert.

Das Katrin-Experiment zum Wiegen von Neutrinos (11 Bilder)

Die Anlieferung des Hauptspektrometer im Jahr 2006
(Bild: KIT)

Im Katrin-Experiment am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entstehen durch den Zerfall von Tritium Elektronen und Neutrinos. Die am stärksten geladenen Elektronen werden herausgefiltert und vermessen, um dadurch auf die Masse der ungeladenen Neutrinos schließen zu können. Insgesamt wurden in der Messphase 2 Millionen Elektronen auf diese Weise nachgewiesen, ein Bruchteil der sekündlich rund 25 Milliarden erzeugten Elektronen. Der Aufbau des Experiments dafür hat immense Ausmaße: Allein sein Vakuumtank hat rund zehn Meter Durchmesser und wiegt 200 Tonnen.

Mit dieser bislang genauesten Messung der Neutrino-Masse habe das Katrin-Experiment nun den ersten Schritt eines langen Wegs zurückgelegt, freuen sich die Wissenschaftler. Nun hoffen sie auf eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit und Analysen von physikalischen Phänomenen jenseits der bisherigen Modelle. Sie loben ihr High-Tech-Instrument außerdem als "ausgezeichnetes Beispiel für internationale Kooperation und erstklassige Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses".

Das Gewicht der Neutrinos zu bestimmen, gilt als wichtige Grundlagenforschung. Welche Rückschlüsse über die Entstehung des Universums möglich sein werden, lässt sich nur spekulieren. Dass die neben den Photonen häufigsten Teilchen im Universum überhaupt eine Masse haben, wurde erst vor weniger als 20 Jahren postuliert. 2015 gab es dafür den Physik-Nobelpreis.

[Update 24.09.2019 – 10:00 Uhr] Wie das Karlsruher Institut für Technologie inzwischen erklärt hat, heißt es in der wissenschaftliche Publikation, mit 90-prozentiger Wahrscheinlichkeit liege die Masse unter 1,1 eV, nicht 1 eV. Die zweite Zahl sei lediglich in der Pressemitteilung – "in Absprache mit den Wissenschaftlern" – angegeben worden, um die schwierige Materie "griffiger" zu machen. Die Meldung wurde nun entsprechend korrigiert. (mho)