KATRIN – eine Waage für Neutrinos

In jeder Sekunde durchdringen uns Milliarden von Neutrinos – völlig ungehindert, denn die elektrisch neutralen Elementarteilchen wechselwirken nur extrem selten mit anderer Materie. Sie stammen vor allem aus der Sonne, werden aber beispielsweise auch in Sternexplosionen erzeugt und entstanden in großer Zahl kurz nach dem Urknall. Bisherige Messungen zeigten zwar, dass Neutrinos eine geringe Masse besitzen, aber nicht, wie groß diese genau ist.

Das „Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment“, kurz KATRIN, soll diese Frage klären. Das Messprinzip von KATRIN beruht darauf, dass Neutrinos in Kernreaktionen immer gemeinsam mit Elektronen entstehen. Im Gegensatz zu Neutrinos, lassen sich diese elektrisch geladenen Elementarteilchen problemlos nachweisen und vermessen. Im Experiment wollen die Physiker deshalb zunächst die Energieverteilung von Elektronen bestimmen, die beim Zerfall des instabilen Wasserstoffisotops Tritium erzeugt werden, und daraus auf die Masse der ebenfalls freigesetzten Neutrinos schließen.

Am 14. Oktober 2016 flogen erstmals Elektronen durch die komplette Anlage bis zum Detektor. Auch wenn das Instrument bei diesem „First Light“ noch nicht seine volle Leistung brachte, war der Augenblick für Konstrukteure ein wichtiger Funktionstest. Auf dem Weg der Elektronen liegen supraleitende Magnete und Kältefallen, gasgefüllte Bereiche und Vakuum, Zonen mit Temperaturen um vier Grad über dem absoluten Nullpunkt und Raumtemperatur, deren Betrieb optimal aufeinander abgestimmt werden muss. Am 11. Juni 2018 beginnt die mehrjährige Messphase.