„KATRIN“ misst die Menge von Neutrinos
Den Geisterteilchen auf der Spur

Münster -

Wie ein Luftschiff ragt der riesige Edelstahl-Tank in einer Halle am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vor Besuchern auf. Mit mehr als 23 Metern Länge, einem Durchmesser von rund zehn Metern und einem Volumen von 1400 Kubikmetern scheint er die Decke über ihm fast zu sprengen. Der Tank ist kein gewöhnlicher Tank. Er ist Teil des Experiments „KATRIN“, mit dem Physiker messen wollen, was noch niemand gemessen hat: die Masse von Neutrinos.

Donnerstag, 10.08.2017, 23:00 Uhr
Als der gigantische Edelstahlbehälter  für das Neutrino-Experiment in Karlsruhe angeliefert wurde, sorgte das für riesiges Aufsehen. Jetzt können in dem Tank die Messungen aufgenommen werden.
Als der gigantische Edelstahlbehälter  für das Neutrino-Experiment in Karlsruhe angeliefert wurde, sorgte das für riesiges Aufsehen. Jetzt können in dem Tank die Messungen aufgenommen werden.

Auch Prof. Dr. Christian Weinheimer und sein Team von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) forschen in Karlsruhe an den Neutrinos.Diese „Geisterteilchen“ wimmeln laut Standardmodell der Teilchenphysik millionenfach um uns herum, durchdringen die dickste Mauer mühelos – und wiegen so gut wie nichts.

Sie sind die leichtesten Teilchen, die es im Universum gibt. Gelänge es den Forschern, ihre Masse genau zu bestimmen, hätten sie eines der größten Rätsel der Teilchenphysik gelöst.

KATRIN-Experiment

Der riesige Tank am KIT ist das zentrale Spektrometer des KATRIN-Experiments, das nach rund 20 Jahren Planungs- und Bauzeit 2018 seine Messungen aufnehmen soll. Im Inneren des Tanks herrscht eine Atmosphäre wie auf dem Mond: Ultrahochvakuum.

Dort werden Elektronen in einem elektromagnetischen Feld auf die richtige Flugbahn gebracht, nach ihrer Energie selektiert und in einem Detektor am Ende des Spektrometers registriert.

Hinter dem Edelstahl-Tank ermöglicht ein Fenster in der Hallenwand den Blick in ein angrenzendes riesiges Labor. Es ist gefüllt mit unüberschaubaren Apparaturen und technischem Gerät, das ein gewaltiges Stahlrohr ummantelt. Hier steht der Teil von „KATRIN“, der es überhaupt erst möglich macht, dass im Detektor am gegenüberliegenden Ende des Tanks Elektronen ankommen: die Tritium-Quelle.

Die Tritium-Quelle

Tritium ist „superschwerer Wasserstoff“: Es hat als sogenanntes Isotop des Wasserstoffs zwei zusätzliche Teilchen – Neutronen – im Atomkern und ist im Gegensatz zu Wasserstoff radioaktiv. Beim radioaktiven Zerfall entstehen Elektronen und die mindestens 250 000 Mal leichteren Neutrinos.

Die Elektronen mit der höchsten Energie schaffen es, das Spektrometer zu passieren, und erreichen den Detektor. Da die Zerfallsenergie sich auf Neutrinos und Elektronen verteilt, erlaubt die Messung der Elektronen Rückschlüsse auf die Masse der Neutrinos.

An einem Mittwoch im August sitzt Stephan Dyba rittlings auf dem Stahlrohr, das die Tritium-Quelle mit dem Spektrometer verbindet.

Am Ende des Labors, dort wo die Spektrometer-Halle anschließt, schraubt der münstersche Doktorand aus der Arbeitsgruppe von Astroteilchenphysiker Christian Weinheimer an einer Apparatur, die noch vor wenigen Wochen im Labor des Instituts für Kernphysik an der WWU stand. Jetzt ist sie Teil von „KATRIN“. Angesichts des gigantischen Versuchsaufbaus könnte man sie glatt übersehen, obwohl ein Mensch hinter ihr verschwindet.

Apparatur aus Münster

Die in Münster entwickelte sogenannte „Kr-83m-Konversionselektronenquelle“, der Stephan Dyba mit viel Herzblut, physikalischem Know-how und tüftlerischem Geschick seine Doktorarbeit gewidmet hat, dient der Kalibrierung des Spektrometers. Durch den Zerfall eines speziellen Isotops des Edelgases Krypton produziert sie Elektronen mit genau bekannter Energie.

14 Jahre Entwicklungsarbeit von Physikern und Ingenieuren aus der Gruppe von Christian Weinheimer stecken in diesem weltweit einmaligen Präzisionsgerät. Generationen von Abschlusskandidaten und Doktoranden vor Stephan Dyba haben mitgeholfen, außerdem die Teams der Feinmechanischen Werkstatt und der Elektronik-Werkstatt der Kernphysik.

Christian Weinheimer unterstreicht: „Wenn wir durch KATRIN nur eine einzige fundamentale Neuigkeit herausfinden, hätten sich all die Jahre der Mühen mehr als gelohnt. Das wäre grandios.“

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Christina Heimken ist Redakteurin in der Pressestelle der Universität Münster. Ihren vollständigen Bericht aus Karlsruhe lesen Sie auf www.uni-muenster.de

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