EXO-200
Neues über die Eigenschaften von Neutrinos
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
4. September 2012

Im Rahmen des Großprojekts EXO-200 versucht ein internationales Team von Wissenschaftlern einen extrem seltenen Teilchenzerfall zu beobachten, um auf diese Weise herauszufinden, ob Neutrinos sich anders verhalten als die übrigen Elementarteilchen. Nun stellten die Forscher erste Ergebnisse vor, die ein neues Licht auf die Eigenschaften der Neutrinos werfen könnten.

Der Kryostat - das Kühlgerät - enthält den Detektor in seinem Inneren und hält diesen trotz Wüstentemperatur auf einer Betriebstemperatur von -105 Grad Celsius. Der Kryostat wurde an der Universität Bern zusammen mit der Fachhochschule Yverdon gebaut. Foto: EXO Collaboration

Könnten sich Neutrinos, jene kaum fassbaren Elementarteilchen, die aber trotzdem bei zahlreichen Prozessen im All eine zentrale Rolle spielen, anders verhalten als die übrigen Teilchen im Quantenbereich? Diese Frage beschäftigt Teilchenphysiker schon seit Jahren. Der Nachweis, dass dies so ist, hätte Folgen für das Standardmodell der Teilchenphysiker, weswegen man sich intensiv mit dieser Frage beschäftigt.

Nun haben Wissenschaftler der EXO-200-Kollaboration erste Ergebnisse vorgestellt - und diese sprechen eher dafür, dass Neutrinos ganz "normale" Teilchen sind: Dank hochpräziser Messungen in einem bisher unerforschten Parameterbereich konnte die internationale Forschergruppe, darunter auch Schweizer Wissenschaftler des Albert Einstein Centers (AEC) und des Laboratoriums für Hochenergiephysik (LHEP) der Universität Bern, nachweisen, dass sich Neutrinos gleich verhalten wie andere Elementarteilchen. Zugleich zeigten die Daten, dass Neutrinos über eine winzige Masse verfügen müssen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Das Enriched Xenon Observatory 200 (EXO-200) ist ein internationales Experiment, an dem über 80 Wissenschaftler beteiligt sind. Ziel ist es, mit der bisher höchsten Genauigkeit den sogenannten "neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall" zu beobachten. Nach der Theorie sollten sich bei diesem radioaktiven Prozess je ein Neutrino und ein Antineutrino gegenseitig auslöschen. Gelänge eine Beobachtung dieses Zerfallsprozesses, wäre das ein Beweis dafür, dass Neutrinos eine andere Quantenstruktur als andere Elementarteilchen haben und ihre eigenen Antiteilchen sind (astronews.com berichtete).

Der Detektor von EXO-200 kann auch noch äußerst seltene Zerfallsereignisse nachweisen, die nur ungefähr einmal in 1,6 mal 10²⁵ Jahren auftreten - also in einer Zeitspanne, die 1.000 Billionen mal dem Alter unseres Universums entspricht. Den gesuchten speziellen Zerfall, den neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall, hat der hochempfindliche Detektor aber trotzdem nicht nachweisen können.

Dieses "Nullergebnis" beinhaltet für die Wissenschaftler jedoch eine klare Aussage: "Damit wird der Parameter-Raum für dieses Ereignis stark eingeschränkt", sagt Jean-Luc Vuilleumier vom LHEP der Universität Bern. Insbesondere bedeutet dies, dass die Masse von Neutrinos sehr gering sein muss, nämlich weniger als zwischen einem 140-Tausendstel bis 380-Tausendstel eines Elektronenvolts - der Masseneinheit, die in der Teilchenphysik verwendet wird. Im Vergleich dazu wirkt das winzige Elektron geradezu schwer: es hat eine Masse von etwa 500.000 Elektronenvolt.

Die Berner Wissenschaftler sind maßgeblich für die hohe Präzision und Qualität der Berechnungen aus dem Detektor verantwortlich, der sich in einem Tiefenlabor in einer Wüste im US-Bundesstaat New Mexico befindet: "Wir haben das Kühlgerät, in dem der Detektor eingelassen ist, zusammen mit der Fachhochschule Yverdon gebaut, die radiochemisch reinen Materialien für den Bau des gesamten Detektors ausgewählt, diesen im Tiefenlabor in der Wüste mitgebaut und nehmen an der gesamten Datenanalyse des Experiments teil", so Vuilleumier.

Letzteres bedeutet auch die Überwachung des Betriebs und der Datenaufnahme des Detektors - dank einem Kontrollraum in Bern. "Von hier aus können wir auch die meisten Nachtschichten in New Mexico durchführen", erzählt Vuillemier. Das EXO-200-Experiment soll in den nächsten Jahren weiterlaufen und könnte, darauf hoffen zumindest die Berner Physiker, zukünftig zu einem deutlich größeren Detektor ausgebaut werden, um hinter noch mehr Geheimnisse der Welt der Elementarteilchen zu kommen.