MASSE DES NEUTRINOS
Es gibt zunehmend Zweifel, dass sich mit dem Experiment KATRIN die Neutrinomasse so präzise bestimmen lässt, wie erforderlich. Doch Alternativen stehen bereits in den Star tlöchern.
Derzeit gibt es auf der ganzen Welt nur ein einziges Labor, das eine Chance hat, der Masse des geheimnisvollsten aller Elementarteilchen auf die Spur zu kommen: das zeppelinförmige »Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment« (kurz: KATRIN) in Karlsruhe. Doch es gibt zunehmend Zweifel daran, dass KATRIN die Erwartungen der Physikerinnen und Physiker erfüllen kann. Beobachtungen von kosmischen Strukturen deuten darauf hin, dass Neutrinos extrem leicht sind und eine Masse von höchstens 0,12 Elektronvolt besitzen –vier Millionen Mal weniger als die Masse eines Elektrons. Sollten diese Schätzungen zutreffen, würde die wahre Masse des Neutrinos außerhalb der Reichweite von KATRIN liegen.
»Wir befürchten, dass KATRIN – obwohl es ein großartiges Experiment ist – nicht in der Lage sein wird, die Masse des Neutrinos zu bestimmen«, sagt der Physiker Matteo Borghesi von der Universität Mailand-Bicocca. Auf einer Fachkonferenz im italienischen Genua stellte er im Februar 2024 die Fortschritte seines Teams mit einer alternativen experimentellen Technik vor. »Wir müssen auf diesen Fall vorbereitet sein.« Borghesi ist nicht der Einzige, der sich schon jetzt Gedanken über die Zeit nach KATRIN macht. Einige weitere internationale Arbeitsgruppen haben nach eigenen Angaben bereits Experimente im kleinen Maßstab durchgeführt, die zeigen, dass ihre jeweiligen Ideen funktionieren. Die Forscher hoffen, demnächst größere Versionen dieser Geräte bauen zu können, die schließlich mit KATRIN konkurrieren oder das Experiment sogar übertreffen könnten.
Um Neutrinos zu wiegen, nutzen Physiker und Physikerinnen den Zerfall radioaktiver Isotope. Die bei solchen Zerfällen entstehenden Neutrinos lassen sich zwar nicht direkt beobachten, aber ihre Masse lässt sich berechnen, indem die Energie der verbleibenden Teilchen gemessen wird.
Winzig kleine Masse
KATRIN nutzt den Betazerfall von Tritium, einem schweren, radioaktiven Isotop des Wasserstoffs. Dabei wird eines der beiden Neutronen in seinem Kern in ein Proton umgewandelt, wobei ein Elektron (auch Betateilchen genannt) und ein Neutrino (genauer gesagt das Antiteilchen mit der gleichen Masse, ein so genanntes Antineutrino) emittiert werden. Beim Zerfall wird eine bekannte Gesamtenergiemenge frei, von der das Elektron und das Neutrino den größten Teil in Form von kinetisc
