Erstes großes gemeinsames Forschungsprojekt von China und den USA untersucht Neutrinoeigenschaften

Innenansicht einer der Neutrinodetektoren

Beijing (China)/Berkeley (USA) - Mit einem neuen Experiment im chinesischen Daya Bay wollen Physiker von 19 chinesischen und 16 amerikanischen Universitäten in Zukunft die Eigenschaften von Neutrinos untersuchen. Im Mittelpunkt steht dabei die Umwandlung von Neutrinos einer sogenannten Familie in eine andere. Die Ergebnisse könnten helfen, zu verstehen, warum es im Universum offenbar deutlich mehr Materie als Antimaterie gibt.

Neutrinos sind neutrale Teilchen, die zum Beispiel in nuklearen Reaktionen in der Sonne oder in Atomkraftwerken auf der Erde entstehen. Die Wechselwirkung dieser Elementarteilchen mit Materie ist sehr schwach, dies erschwert Forschern den Nachweis. Es ist bereits bekannt, dass Neutrinos eine Masse besitzen und dass sie in drei Familien vorkommen. Die Teilchen wandeln sich periodisch von einer Neutrinofamilie in eine andere um, während sie sich ausbreiten. Die Wahrscheinlichkeit für diese Neutrinooszillation wird durch den sogenannten Mischungswinkel beschrieben. Nach heutigem Wissen gibt es drei Neutrinofamilien und entsprechend drei Mischungswinkel.

In dem Experiment in Daya Bay messen die Wissenschafter die Antineutrinos (die Antiteilchen der Neutrinos) aus dem nahe gelegenen Atomkraftwerk. Sie können so die Neutrinooszillationen, die auf der Strecke zwischen Reaktor und Detektor stattfinden, genau bestimmen. Dies ist das erste große chinesische Forschungsprojekt in internationaler Zusammenarbeit mit den Vereinigten Staaten von Amerika.

Das Daya-Bay-Experiment ist ein weiteres der weltweit durchgeführten Neutrinoexperimente. Beispielsweise konnte die Neutrinooszillation durch das OPERA-Experiment in Italien direkt beobachtet werden. Man hatte Neutrinos der dritten Familie in einem reinen Neutrinostrahl der zweiten Familie nachgewiesen. Das Doube-Chooz-Experiment in Frankreich versucht ebenfalls anhand von Antineutrinos aus einem Kernkraftwerk den dritten Mischungswinkel zu bestimmen. Deutschland ist an beiden Projekten beteiligt. Die Wissenschaftler der amerikanischen und chinesischen Universitäten hoffen in Daya Bay allerdings die Neutrinooszillation und den Mischungswinkel auf ein Prozent genau zu messen. Das ist eine zehnmal höhere Genauigkeit als bis jetzt erzielt wurde.

Der Mischungswinkel spielt unter anderem eine Rolle in der schwachen Wechselwirkung zwischen Teilchen und könnte erklären, warum es ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie in unserem heutigen Universum gibt, obwohl Materie und Antimaterie nach dem Urknall zu gleichen Teilen entstanden sein sollen.