|
Mit Riesen-Acrylglaskugel auf der Spur der Neutrinos
Redaktion
/ Pressemitteilung der Technische Universität München
astronews.com
27. August 2025
In China hat eine neue Ära der Neutrinoforschung begonnen:
Nach über zehn Jahren Bauzeit ist das Jiangmen Underground Neutrino
Observatory (JUNO) betriebsbereit. Zum ersten Mal ist damit ein Detektor
dieser Größenordnung und Präzision im Einsatz, der ausschließlich Neutrinos
gewidmet ist. An der Forschung mit JUNO sind auch Institute aus Deutschland
beteiligt.
Die zentrale Acrylglaskugel bei einer
Inspektion auf ihre optischen Eigenschaften.
Darüber sind die Photoelektronenverfielfacher zu
erkennen, die das Licht des Szintillators
auslesen und so Neutrinos erst messbar machen.
Das Neutrino-Observatorium JUNO wird von der
Chinesischen Akademie der Wissenschaften
betrieben und das Neutrino-Experiment umfasst
mehr als 700 Forscher aus 74 Institutionen in 17
Ländern und Regionen.
Foto: JUNO [Großansicht] |
Die Neutrinos geben den Teilchenphysikern große Rätsel auf. Ihre
Eigenschaften erscheinen mysteriös und weisen auf bislang unverstandene Physik
jenseits des etablierten Standardmodells der Teilchenphysik hin. Nach über zehn
Jahren Bauzeit ist das Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO)
nun betriebsbereit und kann versuchen, mehr über die Neutrinos, etwa ihre
Massenordnung, herauszufinden. Die Technische Universität München (TUM) ist an
dem internationalen Projekt in China maßgeblich beteiligt.
Der zentrale Detektor des Observatoriums besteht aus der mit 34,5 Metern
Durchmesser größten jemals von Menschen hergestellten Kugel aus Acrylglas. Diese
Kugel wurde jetzt mit 20.000 Tonnen einer hoch-reinen organischen
Szintillationsflüssigkeit gefüllt. Wechselwirken elementare Teilchen wie zum
Beispiel Neutrinos mit dieser Flüssigkeit, entstehen schwache blaue Lichtblitze,
die von 43.000 Photosensoren registriert werden. JUNO ist damit zwanzig Mal
größer als bisherige Detektoren dieser Art. Dies wird JUNO in die Lage
versetzen, eine der gegenwärtig zentralen Fragen der Teilchenphysik zu
untersuchen: die Ordnung der Neutrinomassen, und damit, ob der dritte
Neutrino-Massenzustand schwerer ist als der zweite.
Zur Abschirmung von kosmischer Strahlung befindet sich JUNO 700 Meter unter
der Erde in einem Pool, der mit 35.000 Tonnen hochreinem Wasser gefüllt ist.
Dieser dämpft zusätzlich die natürliche Radioaktivität des umgebenden Gesteins.
JUNO befindet sich in gleicher Distanz zu acht Kernreaktoren der Kraftwerke in
Taishan und Yangjiang, was die Messung der Neutrino-Massenordnung erst
ermöglicht. Dazu detektieren die Forscherinnen und Forscher das Licht, das die
Reaktor-Neutrinos bei der Wechselwirkung im Szintillator erzeugen, mit bisher
unerreichter Präzision. Pro Tag werden etwa 45 solcher Ereignisse erwartet. Auf
diese Weise soll so mit der Zeit ein detailliertes Spektrum entstehen, das die
Information über die Neutrino-Massenordnung als Feinstruktur enthält.
Der Sprecher der JUNO-Kollaboration, Prof. Yifang Wang von Chinesischen
Akademie der Wissenschaften, betont: "Der Abschluss der Füllphase des
JUNO-Detektors und der Beginn der Datennahme stellen einen historischen
Meilenstein dar. Zum ersten Mal ist ein Detektor dieser Größenordnung und
Präzision im Einsatz, der ausschließlich Neutrinos gewidmet ist. JUNO wird uns
helfen, fundamentale Fragen über die Natur der Materie und des Universums zu
beantworten."
"Wir treten in eine neue Ära der Neutrinophysik ein und öffnen das Fenster zu
neuen Entdeckungen. In den nächsten Jahren werden wir endlich wichtige Fragen
der Neutrinophysik beantworten und Hinweise auf neue Physik erhalten können",
freut sich Dr. Hans Steiger, der die Beiträge der TUM zu JUNO leitet. "In
zahlreichen Präzisionsexperimenten im Labor und an Teilchenbeschleunigern
weltweit haben wir Präzisionsmessungen der grundlegenden Eigenschaften dieses
ultrahochleistungsfähigen Szintillators durchgeführt. Die Ergebnisse ermöglichen
nun die Interpretation der Messdaten aus dem JUNO-Detektor."
JUNO wird von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften betrieben und
umfasst mehr als 700 Forscher aus 74 Institutionen in 17 Ländern und Regionen.
In Deutschland beteiligen sich neben der TUM, die Universitäten Tübingen,
Aachen, Mainz und Hamburg sowie die GSI Helmholtzzentrum Darmstadt daran. JUNO
ist für eine wissenschaftliche Lebensdauer von bis zu 30 Jahren ausgelegt.
Perspektivisch bietet der Detektor zudem die Möglichkeit für ein Upgrade, um
dann mit bislang unerreichter Sensitivität nach dem neutrinolosen
Doppel-Beta-Zerfall suchen zu können. Derzeit wird an der TUM bereits die
deutlich komplexere Chemie des zukünftigen Flüssigszintillators entwickelt. "In
den kommenden Jahren wird diese Technologie voraussichtlich neue Wege bei der
Suche nach diesen seltenen Zerfällen eröffnen und die weltweit beste
Empfindlichkeit bieten", betont Steiger.
|
