Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie schwer ist ein Neutrino?

05.07.2001

Forschungszentrum Karlsruhe vor Großexperiment zur Bestimmung der Neutrino-Masse



Ein bedeutendes Experiment der physikalischen Grundlagenforschung steht am Forschungszentrum Karlsruhe in den Startlöchern: Im Laufe der kommenden fünf Jahre wird hier unter internationaler Beteiligung das Karlsruher Tritium Neutrino-Experiment KATRIN aufgebaut. Ziel des 25 Mio. DM teuren Vorhabens ist die Antwort auf eine der wichtigsten Fragen der modernen Physik: Wie schwer sind Neutrinos, die flüchtigsten aller Elementarteilchen? Sowohl für die Kosmologie als auch für die Hochenergiephysik wäre die Bestimmung der Neutrinomasse von größter Bedeutung.



Spätestens seit Juni dieses Jahres weiß man: Neutrinos haben eine Masse. Dies nämlich ist das Ergebnis einer Gruppe von amerikanischen, kanadischen und britischen Forschern. Sie untersuchten Neutrinos, die von der Sonne kommen und bewiesen dabei, dass sich verschiedene Arten von Neutrinos ineinander umwandeln können (so genannte Neutrino-Oszillationen). Das ist nur dann möglich, wenn die verschiedenen Neutrinosorten nicht alle die gleiche Masse haben.

Wie schwer die Neutrinos nun tatsächlich sind, konnten die Forscher mit ihrem Experiment aber nicht klären. Pionierexperimente der letzten Jahre an der Universität Mainz und am Institut für Nuklearforschung in Troitsk bei Moskau geben für das Elektron-Neutrino Obergrenzen um 2 Elektronenvolt an. (Zum Vergleich: Das Elektron, das leichteste Bauteil eines Atoms, ist mit einer Masse von 511 Elektronenvolt 250 mal schwerer.) Mit dem geplanten Experiment KATRIN kann die Neutrinomasse auch dann noch gemessen werden, wenn sie zehn mal kleiner als die bisherige Obergrenze ist.

KATRIN nutzt den Effekt, aufgrund dessen der Physiker Wolfgang Pauli das Neutrino schon 1931 vorhersagte (die erste direkte Messung gelang erst 1957): Beim Beta-Zerfall in Atomkernen wird ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umgewandelt. Das entstehende Elektron hat aber keine feste Energie, sondern kann bis zu einer Obergrenze, die der gesamten freiwerdenden Energie entspricht, beliebige Energien haben. Da beim Beta-Zerfall eines bestimmten Atoms aber immer die gleiche Gesamtenergie frei wird, muss ein weiteres Teilchen den Energieunterschied zwischen der Elektronen- und der Gesamtenergie tragen: das Neutrino. Aus der genauen Beobachtung des Energiespektrums der Elektronen in der Nähe der Gesamtenergie kann nun auf die Neutrinomasse geschlossen werden. Wenn das Neutrino eine Masse hat und damit eine Mindestenergie mit sich trägt, wird das Spektrum gegenüber einer kontinuierlichen Energieverteilung modifiziert sein.

Als Beta-Strahler wird KATRIN Tritium verwenden, eine Form von Wasserstoff, die mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren zerfällt. Beim Beta-Zerfall von Tritium wird eine Gesamtenergie von 18600 Elektronenvolt frei, die sich auf Elektron und Neutrino verteilt. Die Neutrinos sind nicht nachweisbar. Die Elektronen werden im Herzstück von KATRIN, einem riesigen elektrostatischen Spektrometer, auf ihre Energie untersucht und anschließend in einem Halbleiterdetektor nachgewiesen. Das zentrale Spektrometer wird einen Durchmesser von 7 Metern und eine Länge von 20 Metern haben, die Gesamtlänge des Experiments wird bei 60 Metern liegen.

"Im Forschungszentrum Karlsruhe gibt es ideale Voraussetzungen, um ein solches Großexperiment durchzuführen", erläutert Johannes Blümer, Leiter des Instituts für Kernphysik im Forschungszentrum Karlsruhe und Professor am Institut für Experimentelle Kernphysik der Universität Karlsruhe. "Hier steht mit dem Tritium-Labor ein europaweit einzigartiges Laboratorium für die anspruchsvolle Tritiumhandhabung zur Verfügung. Außerdem gibt es langjährige Erfahrungen mit Hochvakuum und Kryotechnik in großen wissenschaftlichen Apparaturen und darüber hinaus das Know-how und die Infrastruktur für den Bau und Betrieb solcher Anlagen."
Aus diesem Grund hat sich eine internationale Kollaboration, an der neben Hochschulen in Karlsruhe, Mainz und Fulda auch Forschungseinrichtungen in Tschechien (Prag), USA (Seattle) und Russland (Troitsk) beteiligt sind, für das Forschungszentrum Karlsruhe als Standort des Experiments entschieden. Weitere internationale Forschungsinstitute haben schon ihr Interesse an einer Zusammenarbeit bekundet.

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: Beta-Zerfall Elektronenvolt KATRIN Neutrino Neutrinomasse Tritium

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik
20.07.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics