KATRIN setzt neues Limit
Neutrinos eine Million Mal leichter als Elektronen
April 2025
Mit dem weltweit führenden KArlsruher TRItium Neutrino Experiment (KATRIN), das die Neutrinomasse mit einer direkten und modellunabhängigen Methode misst, ist es nun gelungen, eine Obergrenze von 0,45 eV/c2 für die Neutrinomasse zu bestimmen.
Science 388 (issue 6743), 180–185 (2025)
Die Neutrinomasse
Helmholtz Matter erforscht die Struktur und die Eigenschaften der Materie. Nun stellt die KATRIN-Kollaboration ihr neuestes Ergebnis zur Neutrinomasse vor.
Neutrinos spielen sowohl im Universum als auch in der Welt der fundamentalen Teilchen eine Schlüsselrolle, denn sie verbinden kosmische mit subatomaren Skalen: Als Überbleibsel des Urknalls durchsetzen Neutrinos noch heute in großer Zahl unseren Kosmos – ihr Vorkommen ist milliardenfach häufiger als das von Atomen. Als “kosmische Architekten” haben sie die Entwicklung des Universums mitgeprägt.
Ihre kleine, aber nicht verschwindende Ruhemasse weist über das etablierte Standardmodell der Elementarteilchenphysik hinaus. Bisher ist es noch nicht gelungen, die Neutrinomasse im Labor direkt zu messen.
Das neue Ergebnis ist ein Meilenstein auf dem Weg zum Messziel von KATRIN.
Das KATRIN-Experiment
Die KATRIN-Messung beruht auf Arbeiten von W. Pauli und E. Fermi, die vor fast 100 Jahren zeigten, dass präzise Beta-Zerfallsspektroskopie die winzige Neutrinomasse sichtbar machen kann. KATRIN analysiert den Zerfall des Wasserstoffisotops Tritium in 3He, um aus der Energieverteilung der Beta-Elektronen die Neutrinomasse zu bestimmen. Dafür benötigt KATRIN eine leistungsstarke Tritiumquelle, betrieben am Tritiumlabor Karlsruhe (TLK). Seit 2019 läuft der Messbetrieb, der bis Ende 2025 andauern wird.
Ab 2026 wird sich KATRIN auf die Suche nach sterilen Neutrinos im keV-Massenbereich begeben. Solche sterilen Neutrinos sind potenzielle Kandidaten für die mysteriöse Dunkle Materie, die in zahlreichen astrophysikalischen und kosmologischen Beobachtungen nachgewiesen wurde, deren genaue Natur jedoch noch unbekannt ist.
Präzisionsspektroskopie des Tritiumzerfalls mit den ersten fünf Runs der KATRIN-Messungen.
Aus der kürzlich vorgestellten Auswertung der ersten fünf Science Runs (KNM 1-5, Bild oben), konnte eine neue Obergrenze für die Neutrinomasse bestimmt werden.
Diese modellunabhängige Labormethode erlaubt es KATRIN, die Masse dieser „Leichtgewichte des Universums“ mit bisher unerreichter Präzision einzugrenzen. Dadurch können kosmologische Modelle getestet und neue Erkenntnisse gewonnen werden.
Forschungsziel
Neutrinos prägen die Entwicklung unseres Universums. Ihre Eigenschaften und ihre Natur werfen jedoch noch viele offene Fragen auf. Die Bestimmung der Neutrinomasse ist dabei für die Kosmologie, Astrophysik und Teilchenphysik eine entscheidende Mission.
KATRIN hilft uns, das Universum besser zu verstehen
Daten und Fakten
KATRIN-Experiment
• Länge: 70 m
• Breite: 12,6 m
• Höhe: 12,6 m (Hauptspektrometer mit Magnetspulen)
• Gewicht: ca. 250 t
Tritiumlabor Karlsruhe TLK
• Missionen: Brennstoffkreislauf für die Kernfusion und Messung der Neutrinomasse
• Umgangsgenehmigung für 40 g Tritium
• > 30 Jahre Erfahrung in sicherer Handhabung von Tritium
• Weltweit größte Infrastruktur für zivile Tritiumnutzung
• > 20 Handschuhkastensysteme auf mehr als 1600 m² Laborfläche
KATRIN-Kollaboration
150 Forschende aus über 20 Institutionen in 7 Ländern: Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Thailand, Tschechische Republik, USA
Deutsche Beteiligung
HU Berlin, U Bonn, U Heidelberg, U Mainz, U Münster, TU München,
U Wuppertal, KIT, MPIK Heidelberg, MPP München
Standort
KIT Campus Nord, Karlsruhe
www.katrin.kit.edu
Helmholtz-Programme
Materie und Universum, Materie und Technologien
KATRIN-Kollaboration
150 Forschende aus über 20 Institutionen in 7 Ländern: Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Thailand, Tschechische Republik, USA
Deutsche Beteiligung
HU Berlin, U Bonn, U Heidelberg, U Mainz, U Münster, TU München,
U Wuppertal, KIT, MPIK Heidelberg, MPP München
Standort
KIT Campus Nord, Karlsruhe
www.katrin.kit.edu
Helmholtz-Programme
Materie und Universum, Materie und Technologien
Kontakt
Kathrin Valerius
kathrin.valerius@kit.edu
Die Zentren in Helmholtz Matter:
Deutsches Elektronen‐Synchrotron (DESY)
Forschungszentrum Jülich (FZJ)
GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Helmholtz-Institut Jena (HI Jena), Helmholtz-Institut Mainz (HIM)
Helmholtz‐Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
Helmholtz‐Zentrum Dresden‐Rossendorf (HZDR)