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Was wiegen Geisterteilchen?
Forscher Thomas Thümmler bedient am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die rund 200 Tonnen schwere und 70 Meter langen Waage für Neutrinos am Hauptspektrometer. Durch den Versuchsaufbau wollen die Wissenschaftler messen, wie schwer Neutrinos sind. Foto: dpa

Was wiegen Geisterteilchen?

Am Karlsruher Institut für Technologie wollen Physiker die Masse von Neutrinos messen. Davon versprechen sie sich Hinweise auf die Entstehung des Universums.

17.10.2016
  • DPA

Karlsruhe. Tausende Milliarden von ihnen durchströmen uns jede Sekunde: Neutrinos – auch Geisterteilchen genannt – sind so zahlreich wie schwer fassbar. Lang glaubten Forscher, dass die Teilchen keine Masse haben. Physiker deckten das als Irrtum auf und bekamen dafür vergangenes Jahr den Nobelpreis. Nun wollen Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Leichtgewichte wiegen.

Der Hintergedanke: Könnte man die Masse der Teilchen bestimmen, ließen sich daraus Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte des Universums ziehen. Im Sommer 2014 wurde der gigantische Versuchsaufbau des 60 Millionen Euro teuren „Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment“ (Katrin) abgeschlossen. Am Freitag ging die Apparatur nach 15 Jahren Vorbereitung in Betrieb.

Die „Neutrino-Waage“, die rund 200 Wissenschaftler aus Europa und den USA gemeinsam konstruiert haben, hat mächtige Ausmaße. 200 Tonnen wiegt allein der Vakuumtank des Hauptspektrometers, mit dem die Forscher die Neutrinos jagen. Mit 24 Metern Länge, 10 Metern Durchmesser und 800 Quadratmetern Innenfläche beherbergt er einen riesigen luftleeren Raum.

Weil die Neutrinos nicht geladen sind, lassen sie sich schwer aufspüren. Also nutzen die Forscher einen Trick: Durch die insgesamt 70 Meter lange Anlage lassen sie Elektronen rasen. Indem sie deren Bewegungsenergie messen, können die Wissenschaftler indirekt die Masse der Neutrinos feststellen.

Per Druck auf den roten Knopf im Kontrollraum feuerten Projektleiter Guido Drexlin und Kollegen die ersten Elektronen ab. Zischen, banges Wartens, dann einige helle Punkte auf dem Monitor: „First light“ nennen die Wissenschaftler das Ereignis, wenn der Detektor zum ersten Mal Elektronen „sieht“. Ein wichtiger Schritt in Richtung des endgültigen Messbetriebs, der im Herbst 2017 beginnen soll.

Ernst-Wilhelm Otten, der an der Uni Mainz das Vorgängerexperiment durchgeführt und so den Grundstein für die jetzigen Forschungen gelegt hat, verweist auf die Internationalität des Projekts. Die Grenzen der Beteiligung verliefen in Moskau und im US-amerikanischen Seattle.

Besonders interessieren die Geisterteilchen-Jäger Neutrinos, die durch den Urknall vor mehr als 13 Milliarden Jahren erzeugt wurden. Etwa 300 davon gebe es in jedem Kubikzentimeter des Universums, sagt Katrin-Physiker Hendrik Seitz-Moskaliuk. All-weit also eine enorme Masse. Zu wissen, wie groß die Masse eines einzelnen Neutrinos ist, könnte großen Fragen der Astronomie beantworten helfen. Wie entstand alles aus Nichts? Was geschah nach dem Urknall? Wie entwickelte sich der Kosmos?

Fünf Jahre lang werden die Forscher Elektronen durch den Supertank sausen lassen. Aus ähnlichen Experimenten ist bekannt, dass die Neutrinomasse kleiner als zwei Elektronenvolt pro dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist. Die neue Waage misst zehnmal genauer. Dazu mussten die Forscher einen 100 Mal größeren Vakuumtank als bei vergleichbaren Versuchsaufbauten konstruieren. Technisch ist das das Ende der Fahnenstange, glaubt Seitz-Moskaliuk. „Wenn wir die Neutrinomasse damit nicht messen können, müssen neue Ideen her.“ Felix Mescoli, dpa

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17.10.2016, 06:00 Uhr

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