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Katrin-Experiment © dpa Video
"Katrin" liegt sechs Jahre hinter dem Zeitplan
"Katrin" jagt Geister
Forscher wollen Masse der Neutrinos bestimmen
Karlsruher Physiker wollen die ultraleichten Neutrinos wiegen. Diese "Geisterteilchen" durchdringen uns milliardenfach, ohne dass wir es bemerken.
Mit dem "Karlsruher Tritium-Neutrino-Experiment" (Katrin) wollen die Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ab 2016 Neutrinos dingfest machen. Da sie andere Materie durchdringen, lassen sie sich auch schwer nachweisen. "Weil die Neutrinos nicht elektrisch geladen sind, gehen sie einfach durch uns hindurch", sagt der Physiker Hendrik Seitz-Moskaliuk.

Die Forscher lassen radioaktives Tritium zerfallen. Dieser superschwere Wasserstoff besteht aus einem Proton und zwei Neutronen. Zerfällt dieser Kern, werden dabei ein Elektron und ein Neutrino frei. Übrig bleibt weiterhin ein Tochterkern. Die Zerfallsenergie, die dabei entsteht, kennen die Forscher. Sie verteilt sich auf die Bewegungsenergie des Tochterkerns, die Massenenergie des Elektrons, die Bewegungsenergie des Elektrons und schließlich die Massen- und Bewegungsenergie des Neutrinos. Betrachtet man den Fall, dass die gesamte Bewegungsenergie beim Elektron ist und setzt diese Werte in Einsteins berühmte Formel, E = mc², ein, "dann bleibt als einzige Unbekannte die Masse des Neutrinos übrig", sagt Seitz-Moskaliuk.

Die gesamte Bewegungsenergie können indes nur die allerschnellsten Elektronen auf sich vereinen. Und das sind eben jene, welche die 18.600 Volt Hochspannung überwinden, welche die Forscher im Spektrometer-Stahltank erzeugen.

"Das Ereignis ist extrem selten"
"Das Ereignis ist extrem selten", sagt Seitz-Moskaliuk. Fünf Jahre lang werden er und seine Kollegen deshalb Elektronen durch ihren riesigen Supertank sausen lassen. Die Mainzer Wissenschaftler um Ernst-Wilhelm Otten hatten festgestellt, dass die Neutrinomasse in der bei Teilchenphysikern üblichen Einheit kleiner als zwei Elektronenvolt pro dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist - das Elektron wiegt mehr als 250.000 Mal so viel wie dieser obere Grenzwert. Das Katrin-Spektrometer misst zehnmal genauer. Dazu mussten die Forscher aber einen 100 Mal größeren Vakuumtank konstruieren. Technisch sei dies das Ende der Fahnenstange, glaubt Seitz-Moskaliuk. "Wenn wir die Neutrinomasse damit nicht messen können, müssen neue Ideen her."

Neutrinos entstünden ständig von neuem, etwa in der Sonne. Besonders interessieren sich die Geisterteilchenjäger für jene Neutrinos, die durch den Urknall vor mehr als 13 Milliarden Jahren erzeugt worden sind. 300 davon gebe es in jedem Kubikzentimeter des Universums, sagt Seitz-Moskaliuk. Klingt wenig, aber All-weit käme da wohl schon eine enorme Masse zusammen, schätzt er. Zu wissen, wie groß die Masse eines einzelnen Neutrinos ist, könnte daher helfen, die großen Fragen der Astronomie zu beantworten. Wie entstand alles aus nichts? Was geschah nach dem Urknall? Wie entwickelte sich der Kosmos in seine heutigen Form?

Eein Umweg von schlappen 8600 Kilometern"
Das 60-Millionen-Euro-Projekt liegt sechs Jahre hinter dem Zeitplan und noch immer fehlen wichtige Elemente der künftig 70 Meter langen Apparatur. Der titanische Vakuumtank wurde von einer Spezialfirma im bayerischen Deggendorf bei Regensburg hergestellt. Da er unter keiner Autobahnbrücke hindurchpasste, wurde er per Lastkahn über die Donau, durch das Schwarze Meer, das Mittelmeer, den Atlantik, den Ärmelkanal, die Nordsee und schließlich über den Rhein nach Leopoldshafen bei Karlsruhe verschifft. Gegenüber den 350 Kilometern Landweg "ein Umweg von schlappen 8600 Kilometern", sagt Seitz-Moskaliuk. Nur die letzten 6,8 Kilometer zum Forschungszentrum legte der silbrige Supertank mit dem Tieflader-Schwertransport zurück.

Bei einem so gewaltigen Experiment seien Verzögerungen nicht ungewöhnlich, sagt Ernst-Wilhelm Otten. Um die Jahrtausendwende hat der inzwischen emeritierte Mainzer Professor für Experimentalphysik ein Vorgängerexperiment von Katrin durchgeführt - in wesentlich kleinerem Maßstab: Der Versuchsaufbau der Mainzer war sechs Meter lang. "Das kann man aber nicht einfach abpausen und zehnmal größer bauen", gibt Otten zu bedenken: Wenn man ein solch komplexes Experiment skaliere, stiegen nicht nur die Ausmaße, sondern auch die Anforderungen an die Präzision und vieles mehr. So hätten allein die Vorplanungen, an denen Otten beteiligt war, volle vier Jahre in Anspruch genommen. "Man musste jedes Detail wissenschaftlich neu durchdringen!"

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Die Quantenmechanik ist der Bereich der modernen Physik, der sich der Anschauung komplett entzieht. Albert Einstein wollte sie nicht wahr haben und ersann Gedankenexperimente.
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