KATRIN beginnt Jagd auf die Geisterteilchen: Die genaueste Waage der Welt soll die Masse von Neutrinos messen - KIT.audio | Der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für Technologie, Folge 15 am 24.05.2018

KIT.audio | Der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für Technologie

Das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) von einer internationalen Kollaboration aufgebaute Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment KATRIN steht mit seine feierlichen Eröffnung am 11. Juni vor dem Beginn einer mehrjährigen Datennahmephase, um eine der wichtigsten Fragestellungen in der modernen Teilchenphysik und Kosmologie zu beantworten: Wie schwer sind Neutrinos? Erst seit knapp zwei Jahrzehnten wissen wir, dass Neutrinos - entgegen den Vorhersagen der Teilchenphysiker - überhaupt eine Ruhemasse besitzen. Dieser Beweis wurde erbracht von den Professoren Art McDonald (Queens University) und Takaaki Kajita (Tokyo University), die erstmals mit ihren internationalen Teams Umwandlungsprozesse von massiven Neutrinos zweifelsfrei nachweisen konnten, wofür sie mit dem Nobelpreis in Physik in 2015 geehrt wurden. Bis heute ist die von Null verschiedene Neutrinomasse der einzige im Labor bestätigte Hinweis auf neue Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik. Bei den bis zu 100 Milliarden ß-Zerfallsprozessen von molekularem Tritium pro Sekunde in der Tritiumquelle von KATRIN entstehen jeweils ein Elektron und ein Neutrino, die sich die Zerfallsenergie von 18,6 keV teilen. In extrem seltenen Fällen geht das Neutrino dabei fast „leer aus“, und das Elektron erhält praktisch die gesamte Energie. Durch Einsteins berühmte Formel E=mc² wissen wir, dass das beim Zerfall nicht beobachtbare Neutrino jedoch mindestens seine Ruhemasse wegtragen muss, sodass die entsprechende Energie dem Elektron fehlt. Genau diesem winzigen Fehlbetrag von nur 0,2 eV, das entspricht rund 3,5 10-36 Kilogramm, sind die KATRIN Forscher mit ihrer Neutrinowaage auf der Spur.