Physiker haben eine extrem kleine Obergrenze für die Neutrinomasse festgelegt, das einzige Teilchen in der Physik, dessen Gewicht wir mehr als 90 Jahre nach seiner Existenz immer noch nicht kennen.

Wir wissen fast alles über die Teilchen, aus denen die Atome der Materie bestehen, ob es sich nun um Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms oder um ein Elektron handelt, das es umkreist. Neutrino hingegen ist weitgehend ein Rätsel geblieben, seit der Physiker Wolfgang Paul 1930 seine Existenz vorgeschlagen hat.

Allerdings „wäscht es das gesamte Universum seit dem Urknall“, im Verhältnis zu einer Milliarde Neutrinos pro Atom, bemerkt Thierry Lasserre, Forschungsdirektor der Atomic Energy Commission, der eine in der internationalen KATRIN-Kollaboration veröffentlichte Studie mitunterzeichnet hat. Montag in der Natur. Nur ohne elektrische Ladung, daher sein Name und seine unendlich kleine Masse, ist Neutrino äußerst diskret.

Das KATRIN-Experiment, das seit 2019 am Deutschen Institut für Technologie in Karlsruhe durchgeführt wird und Partner aus sechs Ländern zusammenbringt, zeigt heute, dass die Masse von Neutrinos 0,8 Elektronenvolt nicht überschreiten kann, was weniger als einem Milliardstel eines Protons entspricht.

Um den Fortschritt zu beurteilen, heißt es in dem Artikel von Nature in der Studie, dass wir 70 Jahre lang nur wussten, dass diese Masse 1.000 Elektronenvolt nicht überschreiten sollte. Und Sie mussten sogar bis Ende der 90er Jahre warten, um sicherzustellen, dass Neutrinos wirklich Masse sind …

Um es zu „begrenzen“, dh um seine Grenzen zu bestimmen, wenn es nicht genau gemessen werden kann, verwendet KATRIN ein Spektrometer, das den natürlichen Zerfall von Tritiumatomen, bekannt als Beta, aufzeichnet, der Elektronen und Neutrinos freisetzt. Eine 70 Meter lange Konstruktion, dominiert von einem vakuumbetriebenen Spektrometer, das mit 200 Tonnen kokettiert.

Das Problem ist, dass Neutrino „kaum kooperiert, also sehen wir es nicht in ALLEM“, erklärt Terry Lasers. Aber da das Elektron und die Neutrinos die beim Zerfall erzeugte Energie teilen, besteht der Trick darin, die Elektronenenergie zu messen, um direkte Informationen über die Neutrinoenergie abzuleiten. Leicht? Nein, denn man müsse auch das richtige Elektron für das Experiment finden, „was in einem Milliardstel des Zerfalls passiert“, fügt er hinzu.

Warum so viel Aufwand? Denn Neutrino „webt als reichster Teil der Materie im Universum einen Faden zwischen unendlich klein und unendlich groß, mit Massen, die die Strukturen beeinflussen, aus denen der Weltraum besteht“, sagt Terry Lasers.

Die Kenntnis seiner Masse wird sowohl in der Teilchen- als auch in der Himmelsphysik hilfreich sein. KATRIN strebt nun an, bis 2024 die Obergrenze von 0,2 Elektronenvolt zu erreichen.

Darüber hinaus plant das Team die Installation eines neuen Detektionssystems, TRISTAN, das nach neuen, neutralen „sterilen“ Neutrinoarten suchen wird. Hypothetische Teilchen, die nicht mit der Substanz wechselwirken und viel massiver sind als einfache Neutrinos. Mit der Idee, dass sie dunkle Materie bilden könnten, die ein Schlüsselelement der vorherrschenden Theorie ist, die den Weltraum beschreibt.