Gesucht: Keine Neutrinos

Das Fehlen von Antimaterie im Universum ist eines der größten Rätsel der modernen Physik. Diese kosmische Schieflage erklären könnte das Neutrino: Doch das Teilchen ziert sich - und zeigt sich im Experiment just dort, wo es nicht sein sollte.

„Liebe radioaktive Damen und Herren, wie der Überbringer dieser Zeilen, den ich huldvollst anzuhören bitte, Ihnen des näheren auseinandersetzen wird, bin ich auf einen verzweifelten Ausweg verfallen, um den Energiesatz zu retten: Es könnten elektrisch neutrale Teilchen in den Kernen existieren …“ Mit diesen Worten schlug der österreichische Physiker Wolfgang Pauli anno 1930 die Existenz eines völlig neuartigen Teilchens vor.

Der offene Brief, den Pauli unter anderem an Lise Meitner richtete, schließt mit der Passage: „Also liebe Radioaktive, prüfet, und richtet.“

Und Masse hat es doch

Seine Fachkolleginnen kamen der Bitte nach, sie prüften und wiesen das gesuchte Teilchen, das Neutrino, tatsächlich nach. Heute, fast 90 Jahre später, ist das Neutrino längst im Kanon der Teilchenphysik angekommen, gleichwohl scheint es sich ähnlich wenig um Konventionen zu scheren wie sein Prophet, Wolfgang Pauli.

Laut dem Standardmodell der Elementarteilchen sollten Neutrinos nämlich masselos sein, so wie Photonen - doch wie Physiker seit ein paar Jahren wissen, verfügen sie doch über eine (wenn auch winzige) Masse. Diese Entdeckung brachte dem Japaner Takaaki Kajita und dem Kanadier Arthur McDonald 2015 den Nobelpreis für Physik ein.

Wie verschwand die Antimaterie?

Nobelpreiswürdig wäre wohl auch die Aufklärung eines Rätsels, das Wissenschaftlern seit geraumer Zeit Kopfzerbrechen bereitet. Das beobachtbare Universum ist voll von Materie, Antimaterie indes sucht man vergeblich. Für Physiker, für die Symmetrie zu den ersten Prinzipien ihres Weltbildes gehört, ruft diese Schieflage nach einer Erklärung. Hier könnte die unkonventionelle Natur der Neutrinos helfen.

Die Idee: Möglicherweise sind Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen, also Teilchen und Antiteilchen in Personalunion. Wäre das so, könnte man erklären, warum das Universum beinahe ausschließlich von „normaler“ Materie bevölkert ist und sich Antimaterie bloß als kuriose Randerscheinung zu erkennen gibt. Der einzige Schönheitsfehler daran: Experimentelle Hinweise auf diese Doppelnatur der Neutrinos gab es bisher keine.

Forscher in silber ausgekleidetem Laboratorium
Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)
Das Gran-Sasso-Labor ist durch 1.400 Meter Fels vor störender Strahlung abgeschirmt

Wie Wissenschaftler der GERDA-Kollaboration (von „Germanium Detector Array“) im Fachblatt „Nature“ berichten, haben sie nun im unterirdischen Gran-Sasso-Labor tief im Massiv der Abruzzen Experimente abgeschlossen, die alle bisherigen Versuche an Genauigkeit in den Schatten stellen.

Gesucht wurde ein spezieller Zerfall des radioaktiven Elements Germanium-76, bei dem ausnahmsweise keine Neutrinos entstehen - was nur dann der Fall sein kann, wenn die Neutrinos in sonderbarer Dialektik ihre eigene Negation darstellen.

Suche nach „neutrinolosem“ Zerfall

Wenn, ja wenn: Denn gefunden hat man wieder nichts. „Wir beobachten Null“, resümiert der Österreicher Peter Grabmayr, einer der Leiter des GERDA-Experiments. Was allerdings nicht bedeute, dass es diesen „neutrinolosen“ Zerfall nicht gebe, sondern nur, dass er mit den vorhandenen Mitteln eben (noch) nicht nachzuweisen sei.

GERDA-Detektor in Großaufnahme
M. Heisel, GERDA collaboration
GERDA-Detektor: Noch nicht empfindlich genug?

Wie die Wissenschaftler in ihrer Arbeit schreiben, gelang bei dem Experiment zumindest methodisch ein Sprung nach vorne. Das Hintergrundrauschen habe man praktisch eliminiert, was die Empfindlichkeit anlangt, könne man in zukünftigen Experimenten noch zulegen. So bleibt denn Grabmayr optimistisch, dass im unterirdischen Gran-Sasso-Labor der große Wurf noch gelingen könnte.

Einen solchen sehnen Physiker auch aus anderen Gründen herbei. Warum Neutrinos etwa nur in einer linkshändigen Variante auftreten, ist nach wie vor unklar. Ebenso, welchen exakten Wert die Neutrinomasse hat. Und dass die schwache Kernkraft eine leichte linksseitige Asymmetrie aufweist, will auch nicht recht ins säuberlich geordnete Bild der theoretischen Physik passen.

Allen voran Wolfgang Pauli hatte mit solchen Verletzungen der Symmetrie seine liebe Not. Er sagte einst voraus: „Ich glaube nicht, dass Gott ein schwacher Linkshänder ist.“ Hier irrte der Prophet ausnahmsweise.

Robert Czepel, science.ORF.at

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