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Ein neuer Wert für die Obergrenze der Neutrinomasse wurde festgelegt

23.12.2019

Ein internationales Forscherteam hat mit einem neuen hochempfindlichen Spektrometer eine neue Obergrenze für die Masse schwer fassbarer Neutrinoteilchen gefunden. Bis vor kurzem glaubte man, dass Neutrinoteilchen überhaupt keine Masse haben, aber die Ergebnisse einiger Studien weisen auf den Trugschluss einer solchen Einschätzung hin. Und natürlich sollte der nächste logische Schritt darin bestehen, diese Masse zu bestimmen, und zwar durch allmähliches Verengen des Bereichs zwischen der Ober- und Untergrenze dieses Werts.

Wissenschaftler konnten schon lange Beweise dafür finden, dass die mysteriösen Neutrino-Teilchen in Wirklichkeit existieren, ihre Zahl ist nach Annahmen milliardenfach größer als die Zahl der Atome im Universum. Trotz einer solchen Fülle dieser Partikel haben Wissenschaftler jedoch nur begrenzte Fortschritte bei der Untersuchung ihrer Eigenschaften gemacht. Und diese Eigenschaften müssen viel für unser Verständnis der Physik von Prozessen beinhalten, die auf der kleinsten Ebene ablaufen.

Kehren wir zur Messung der Neutrinomasse zurück. Dafür gibt es derzeit drei verschiedene Methoden. Die erste Methode verwendet die Analyse der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die zweite Methode sucht nach sehr seltenen Fällen von neutrinolosem doppeltem Beta-Zerfall bestimmter Elementarteilchen, und die dritte Methode besteht darin, zu versuchen, die Neutrinomasse auf exotische Weise direkt zu messen, die dies nicht tut sich auf eines der bestehenden theoretischen Modelle verlassen.

Es ist diese dritte Methode zur Messung der Neutrinomasse, die von Wissenschaftlern verwendet wurde, die im Rahmen des Experiments KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) arbeiteten, das von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie in Deutschland durchgeführt wurde. Das Schlüsselinstrument dieses Experiments ist ein riesiges 200-Tonnen-Elektronenspektrometer, mit dem der Zerfall von Tritium, einem radioaktiven Wasserstoffisotop, untersucht wird. Beim Zerfall von Tritium entstehen gleichzeitig ein einzelnes Elektron und ein Neutrino. Die Kenntnis der Anfangsenergie von Tritium und die Messung der Energie dieses Elektrons mit einem hochempfindlichen Spektrometer ermöglicht es, die Neutrinomasse mit einer ausreichend hohen Genauigkeit zu berechnen, die die Genauigkeit früherer ähnlicher Messungen übertrifft.

Die während des Experiments gesammelten Daten zeigten, dass der Wert der oberen Grenze der Neutrinomasse 1.1 Elektronenvolt beträgt, was ungefähr der Hälfte des zuvor bestimmten Werts entspricht. Und das ist, könnte man sagen, eine sehr kleine Masse, die 500 Mal kleiner ist als die Masse eines Elektrons, das auch nicht als großes und schweres Teilchen bezeichnet werden kann.

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