Physik-Leistungskurse auf der Spur der Neutrinomasse

Wie wiegt man ein Teilchen, dessen Masse so klein ist, dass sie über 30 Nachkommastellen hat?

Im Fall des Elektrons klappt das tatsächlich noch im Physiksaal in der Schule. In der sogenannten „Fadenstrahlröhre“ werden Elektronen im Magnetfeld auf eine Kreisbahn gebracht, und aus deren Radius lässt sich die Elektronenmasse von 9,1*10^(-31) kg berechnen.

Für die Masse des Neutrinos ist jedoch ein deutlich größerer Aufbau erforderlich: das Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) auf dem Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Am 17. Mai 2023 bekamen die Schülerinnen der Physik-Leistungskurse die Gelegenheit, das 23m lange Hauptspektrometer zu besichtigen.

Nach der Begrüßung durch den stellvertretenden Leiter des Tritium-Labors, Dr. Schlösser, gab die Doktorandin C. Rodenbeck in ihrem Einführungsvortrag einen Einblick in die Geschichte der Neutrinoforschung. Senior Physicist Dr. Bornschein veranschaulichte die Schwierigkeit des Neutrino-Nachweises mit einer kleinen Abschätzung, denn obwohl 70 Milliarden Neutrinos pro Sekunde jeden Quadratzentimeter durchströmen, reagieren nur 20 Neutrinos im Laufe des gesamten Lebens mit dem menschlichen Körper.

Bei der anschließenden Besichtigung des Experiments erklärte Frau Rodenbeck, wie mit Hilfe des elektrischen Feldes, an dessen Konfiguration sie beteiligt ist, die Energie der Zerfallselektronen bestimmt wird, wodurch die Neutrinomasse berechnet werden kann. Dr. Bornschein erläuterte die verschiedenen Spulen, welche das Erdmagnetfeld kompensieren und den Impuls der Elektronen für eine exakte Messung kippen – und welche Schwierigkeiten im Verlauf des Experiments zu bewältigen waren. Die umfangreiche Kühl- und Vakuumtechnik konnten die Schülerinnen nicht nur sehen, sondern auch hören und bei einer Raumtemperatur von 13°C auch direkt spüren.

Herzlichen Dank an Frau Rodenbeck, Hn. Dr. Bornschein und Hn. Dr. Schlösser für diesen spannenden Einblick in die aktuelle Grundlagenforschung!

J. Merkert