Helmholtz extrem
Die Teilchen mit der geringsten Masse
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Unaufhörlich durchqueren sie unsere Körper, ohne dass wir es merken. Auch mehr als 60 Jahre nach ihrem Fund geben Neutrinos der Wissenschaft Rätsel auf. Da sie so schwer zu fassen sind, werden sie auch Geisterteilchen genannt.
Pro Sekunde durchfliegen rund 100 Milliarden Neutrinos jeden Quadratzentimeter der Erdoberfläche. Sie besitzen keine elektrische Ladung, kein magnetisches Moment und auch die Kernkräfte der Atome lassen sie kalt. Das macht es so schwer, ihnen auf die Spur zu kommen. Zumindest einem ihrer Rätsel kommen Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nun auf die Spur: der Masse der Teilchen. Vor rund 20 Jahren konnte gezeigt werden, dass Neutrinos – entgegen früheren Annahmen – überhaupt eine Masse besitzen. Den KIT-Forschern ist es nun gelungen, ihr Gewicht exakter als je zuvor einzugrenzen. Dafür waren allerdings 15 Jahre Vorbereitungszeit notwendig: Für das sogenannte Katrin-Experiment wurde eine 70 Meter lange Apparatur mit einem gewaltigen, 200 Tonnen schweren Ultrahochvakuumbehälter zusammengebaut.
Blick ins Innere des riesigen KATRIN-Vakuumtanks Bild: Michael Zacher
Der Versuchsaufbau dient dazu, mit Spektrometern den radioaktiven Zerfall einer bestimmten Variante des Elements Wasserstoff (Tritium) zu untersuchen. Bei seinem Zerfall entsteht ein Elektron und ein Neutrino. Deshalb kommt Albert Einsteins berühmte Formel zur Äquivalenz von Energie und Masse ins Spiel: E=mc². Die Forscher ermitteln damit den Fehlbetrag der Energie der Zerfallsprodukte und berechnen die gesuchte Neutrinomasse. Die Messungen zeigen, dass sie mindestens 500.000-mal leichter sind als Elektronen. Ihre Masse liegt maximal bei lediglich 1,1 Elektronenvolt. „Bereits nach einer Messkampagne von nur wenigen Wochen wissen wir, dass Katrin die weltbeste Sensitivität für die Neutrinomasse besitzt und die Messungen der Vorgängerexperimente um den Faktor 2 verbessert hat“, sagt Guido Drexlin vom KIT. Die Forscher wollen nun die Genauigkeit der Messung weiter optimieren – und kommen dabei neben einer immer präziseren Eingrenzung der Masse womöglich weiteren physikalischen Eigenschaften der Geisterteilchen auf die Spur.
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