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Im Laufe der nächsten fünf Jahre wird dort das "Karlsruher Tritium-Neutrinoexperiment" Katrin aufgebaut. Beteiligt sind neben deutschen Hochschulen (Karlsruhe, Mainz und Fulda) Forschungseinrichtungen in der Tschechischen Republik, den USA und Russland. Ziel des DM 25 Mio. teuren Vorhabens ist, eine möglichst genaue Antwort auf eine zentrale Frage der Hochenergiephysik und der Kosmologie zu finden: Wie schwer sind die Neutrinos?
Spätestens seit Juni 2001 sind die Wissenschaftler sicher: Die Neutrinos haben tatsächliche eine Ruhemasse. An Neutrinos aus der Sonne bewies eine amerikanisch-britisch-kanadische Forschergruppe, dass sich verschiedene Neutrinoarten ineinander umwandeln können. Das ist nur möglich, wenn sie nicht alle die gleiche Masse haben. Wie schwer die Neutrinos sind, konnte dieses Experiment aber nicht klären. Gemäss Vorarbeiten an der Universität Mainz und dem Institut für Nuklearforschung Troitsk bei Moskau liegt die Masse unter 2 Elektronenvolt (eV). Zum Vergleich sei daran erinnert, dass Elektronen als leichteste Bauteile der Atome eine Ruhemasse von 511 eV haben. Mit dem geplanten Experiment kann eine Neutrinomasse auch dann noch bestimmt werden, wenn sie nur 0,2 eV beträgt.
Das Vorgehen ist klassisch: Beobachtet wird der Betazerfall von Atomkernen, bei dem ein Neutron in ein Proton umgewandelt und ein Elektron sowie ein Neutrino freigesetzt werden. Das Neutrino ist kaum zu beobachten und das Elektron hat keine feste Energie. Diese kann bis zu einer Obergrenze beliebige Werte annehmen. Im Fall des Tritiums, einem radioaktiven Isotop des Wasserstoffs mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren, das beim Katrin-Experiment beobachtet werden soll, beträgt die Gesamtenergie des Zerfalls 18'600 eV. Den Unterschied zwischen der Gesamtenergie, der Kernrückstossenergie und der Elektronenenergie trägt das Neutrino fort. Aus der genauen Bestimmung des Elektronen-Energiespektrums kann die Neutrinomasse errechnet werden. Das Spektrum wird im Herzstück von Katrin gemessen, einem elektrostatischen Spektrometer mit einem Durchmesser von nicht weniger als 7 m und einer Länge von 20 m. Karlsruhe wurde als Standort gewählt, weil dort auf langjährige Erfahrung im Umgang mit Tritium und grossen Forschungsanlagen zurückzugreifen ist.
Quelle
P.B. nach FZK-Presseinformation, 4. Juli 2001