Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Neutrino - sein eigenes Antiteilchen?

15.11.2010
Das Gerda-Experiment beginnt die Suche nach neutrinolosem Doppel-Betazerfall

Das GERDA-Experiment (Germanium Detector Array) wird heute in einem Labor unter dem italienischen Gran-Sasso-Massiv eingeweiht. Mit einem radioaktiven Zerfall in dem Metall Germanium wollen Physiker die Frage klären, ob das Neutrino sein eigenes Antiteilchen ist. Dann könnten sich Neutrinos untereinander gegenseitig vernichten, analog etwa zu einem Proton und einem Antiproton. Mit dem Experiment wollen die Forscher ferner die Masse des schwer nachweisbaren Teilchens direkt bestimmen.


Gerda im Aufbau: Der Blick in den leeren Wassertank zeigt den doppelwandigen Kryostaten. Inzwischen haben die Forscher ihn mit Argon gefüllt und die Germaniumdetektoren in das flüssige Edelgas hinabgelassen. Die Wände des Wassertanks sind mit reflektierender Folie überzogen und mit Lichtsensoren bestückt, die Störsignale registrieren.
Max-Planck-Gesellschaft

Germanium-Kristalle im Zentrum eines großen Volumens flüssigen Argons, umgeben von einem wassergefüllten Tank von zehn Meter Durchmesser; das Ganze untergebracht in den Räumen des weltgrößten Astroteilchenlabors, des italienischen Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, unter 1400 Meter Fels des Gran-Sasso-Massivs im Herzen Italiens.

Das ist das Experiment Gerda, welches am neunten November 2010 eingeweiht wird. Gerda ist für die Suche nach einem spontanen Zerfallsprozess der Materie ausgelegt, der nur extrem selten auftritt: der neutrinolose Doppel-Betazerfall, wie er in der Fachsprache der Physiker heißt. Damit er möglich ist, muss das Neutrino - wie theoretisch erwartet - mit seinem eigenen Antiteilchen identisch sein (siehe: Die Physik von Gerda). Selbst wenn dies der Fall ist, wäre doch der Zerfall so selten, dass es einer langen, sorgfältigen und ausgefeilten Beobachtung bedarf, um ihn nachzuweisen. Es ist wie ein einzelner unauffälliger und sehr leiser Ton in einem Konzert, der nur zu leicht von Hintergrundgeräuschen überdeckt wird - und hierzu bedarf es einer perfekten, nach außen abgeschirmten Akustik: kein Zivilisationslärm darf nach innen dringen, und sämtliche Technik muss geräuschlos funktionieren.

Gleiches gilt für das Gerda-Experiment. In seiner "Akustik", mit einer gleich einer Matrjoschka-Puppe ineinander geschachtelten Anordnung, schützen flüssiges Argon, hochreines Wasser und massiver Fels den charakteristischen Ton des Zerfalls vor der Kakophonie aus Milliarden von Teilchen aus den Tiefen des Universums, dem Gestein des Massivs und der Detektorstruktur selbst. Der kosmische "Hintergrundlärm" wird vom Gebirge über dem Labor abgefangen und die geschachtelte Struktur schirmt die Kristalle gegen die Strahlung aus dem Gestein und den großen Detektorstrukturen ab.

Der neutrinolose Doppel-Betazerfall gibt den Wissenschaftlern eine ganz wesentliche Information. Denn, so beobachtet, würde er die eigentümliche Eigenschaft des Neutrinos, sein eigenes Antiteilchen zu sein (Majorana-Neutrino) bestätigen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Physik der Elementarteilchen, Astrophysik und Kosmologie.

Der Aufbau von Gerda

Gerda ist eine internationale Kollaboration unter Beteiligung von 15 Instituten aus Deutschland, Italien, Russland, der Schweiz, Polen und Belgien. Das Experiment startet mit acht Detektoren von jeweils zwei Kilogramm Masse und der Größe einer Getränkedose. In einer zweiten Phase wird es mit weiteren Detektoren ausgestattet. Die Detektoren bestehen aus hochreinen Germanium-Einkristallen, die mit dem Isotop Germanium 76 angereichert sind. Die beim Doppel-Betazerfall dieses Isotops ausgesendeten Elektronen geben ihre Energie unmittelbar in dem Kristall ab, der somit für diesen Zerfall zugleich als Quelle und Detektor dienen kann. Die Gerda-Kristalle sind in einem sechs Meter hohen und vier Meter weiten Tank (Kryostat), gefüllt mit flüssigem Argon (Temperatur 186°C) aufgehängt. Der Kryostat wiederum befindet sich in einem neun Meter hohen Wassertank von 10 Meter Durchmesser, der für weitere Abschirmung sorgt.

Die Physik von Gerda

Neben den Photonen sind Neutrinos die häufigsten Teilchen im Universum. Jedoch sind sie zugleich sehr schwer nachweisbar, da sie nur schwach mit der übrigen Materie wechselwirken. Allgemeine theoretische Überlegungen der Elementarteilchenphysik sagen voraus, dass Neutrinos mit ihren eigenen Antiteilchen identisch sind und eine sehr kleine, aber dennoch endlich große Masse besitzen. Das Gerda-Experiment hat nun das Ziel, diese Eigenschaften zu überprüfen, indem nach dem sehr seltenen neutrinolosen Doppel-Betazerfall gesucht wird. In diesem Zerfall wandeln sich zwei der Neutronen eines Germanium-Atomkerns in zwei Protonen um, wobei zwei Elektronen und zwei Neutrinos entstehen. Sind nun letztere ihre eigenen Antiteilchen, so können sie sich intern gegenseitig auslöschen und es werden lediglich die Elektronen freigesetzt. Die Beobachtung eines solchen neutrinolosen Doppel-Betazerfalls würde die Majorana-Eigenschaft des Neutrinos bestätigen und direkt die Bestimmung seiner Masse erlauben. Der Wert dieser Masse ist von großer Bedeutung für die Astrophysik (z. B. für Supernova-Explosionen) und kosmologische Modelle, speziell, was die Asymmetrie von Teilchen und Antiteilchen im frühen Kosmos sowie die Bildung von Galaxien und Galaxienhaufen angeht.

An Gerda beteiligte Institute

Deutschland:
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Max-Planck-Institut für Physik, München
Technische Universität Dresden
Eberhard-Karls-Universität Tübingen
Italien:
Laboratori Nazionali del Gran Sasso
INFN-Milan, Universität Mailand
INFN-Milan Bicocca, Universität Mailand-Bicocca
INFN-Padova, Universität Padua
Russland:
Vereinigtes Institut für Kernforschung, Dubna
Institut für Kernforschung, Moskau
Institut für Theoretische Physik und Experimentalphysik, Moskau
Kurtschatow-Institut, Moskau
Polen:
Jagiellonen-Universität, Krakau
Belgien:
Institut für Referenzmaterialien und Messungen, Geel
Schweiz:
Universität Zürich
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Prof. Dr. Werner Hofmann
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel.: +49 6221 516-330
E-Mail: werner.hofmann@mpi-hd.mpg.de
Prof. Dr. Manfred Lindner
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel.: +49 6221 516-800
E-Mail: manfred.lindner@mpi-hd.mpg.de
Prof. Dr. Allen Caldwell
Max-Planck-Institut für Physik, München
Tel.: +49 89 32354-207
E-Mail: caldwell@mppmu.mpg.de
Dr. Béla Majorovits
Max-Planck-Institut für Physik, München
Tel.: +49 89 32354-262
E-Mail: bela@mppmu.mpg.de
Silke Zollinger (Presse- und Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Physik, München
Tel.: +49 89 32354-292
E-Mail: silke.zollinger@mpp.mpg.de
Dr. Bernold Feuerstein (Presse- und Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Tel.: +49 6221 516-281
E-Mail: info@mpi-hd.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpi-hd.mpg.de/gerda/
http://www.mpi-hd.mpg.de/gerda/inaug/video/Gerda_Master.mov

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie