Neue Obergrenze für die Masse der Neutrinos

Aus den in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,45 eV/c² für die Masse des Neutrinos ableiten. Damit stellt Katrin, das die Neutrinomasse mit einer modellunabhängigen Methode im Labor vermisst, erneut einen Weltrekord auf. Gegenüber den letzten Ergebnissen aus dem Jahr 2022 konnten die Forschenden die Obergrenze damit fast um einen Faktor zwei senken.

Neutrinos gehören zu den rätselhaftesten Teilchen des Universums. Sie sind allgegenwärtig, reagieren aber äusserst selten mit Materie. In der Kosmologie beeinflussen Neutrinos die Entwicklung grossräumiger Strukturen, während sie in der Teilchenphysik aufgrund ihrer winzigen Masse als Indikatoren für bisher unbekannte physikalische Prozesse dienen. Die präzise Messung der Neutrinomasse ist daher essenziell für ein vollständiges Verständnis der fundamentalen Gesetze der Natur.

Das Experiment Katrin nutzt den Beta-Zerfall von Tritium, einem instabilen Wasserstoffisotop, um mithilfe der Energieverteilung der entstehenden Elektronen die Neutrinomasse zu messen. Um dies zu erreichen, sind hochentwickelte technische Komponenten notwendig: Das 70 Meter lange Experiment beherbergt eine intensive Tritiumquelle sowie ein hochauflösendes Spektrometer mit einem Durchmesser von zehn Metern. Diese Technologie ermöglicht eine bislang unerreichte Präzision bei der Messung der Neutrinomasse.

Katrin demonstriert weltweit die höchste Sensitivität in der direkten Neutrinomassenmessung und übertrifft frühere Experimente um einen Faktor vier. Die Messkampagne läuft bis Ende 2025, wobei durch verbesserte Technik, höhere Datensätze und fortschreitende Analyse eine noch grössere Genauigkeit erwartet wird.

Ab 2026 wird mit Tristan ein neues Detektorsystem installiert, das die Suche nach sterilen Neutrinos im keV-Massenbereich ermöglichen soll – hypothetischen Teilchen, die als Kandidaten für die Dunkle Materie gelten. Parallel dazu startet Katrin++, ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das eine noch präzisere direkte Messung der Neutrinomasse ermöglichen soll.