18.12.2001 - Physik
Viertes Neutrino stellt Standardmodell der Teilchenphysik in Frage
Experimente deuten auf "steriles Neutrino" hin, das sich nur über seine Gravitation bemerkbar macht
Experimente, die von 1993 bis 1998 im Los Alamos National Laboratory in New Mexico durchgeführt wurden, deuten auf die Existenz einer vierten Neutrinoart hin, die nicht in Einklang mit dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik steht. Das berichten David Caldwell und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Physical Review D (Bd. 64, 112007).
Im Standardmodell der Teilchenphysik gibt es drei Neutrinos: Das Elektron-Neutrino, das zusammen mit einem Elektron bei der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton entsteht, das Mü- und das Tau-Neutrino, die den beiden schweren Brüdern des Elektrons, dem Müon und Tauon, zugeordnet sind. Die Standardtheorie ging zunächst davon aus, dass die drei Neutrinos masselos sind. Dies musste revidiert werden, unter anderem um zu erklären, warum auf der Erde sehr viel weniger Elektron-Neutrinos von der Sonne ankommen, als man theoretisch berechnet hatte.
Wenn die Neutrinos Masse haben, dann ist es nämlich möglich, dass sich Elektron-Neutrinos in eine andere Neutrinosorte umwandeln. Eine ähnliche Umwandlung konnten auch Caldwell und seine Kollegen nachweisen. Ihre Messergebnisse zeigen die Umwandlung der Antiteilchen von Mü-Neutrinos in Anti-Elektron-Neutrinos. Zusammen mit früheren Ergebnissen konnten sie daraus berechnen, dass Neutrinos an der Gesamtmasse des Universums einen Anteil von mehr als einem Prozent haben.
Auch bei Atmosphären-Experimenten hat man vergleichbare Umwandlungen beobachtet. Aus jeder der drei Neutrino-Messungen kann man nun die Massendifferenz zwischen den jeweils beteiligten beiden Neutrinosorten bestimmen. Das Problem: Aus zwei Massedifferenzen kann man bereits die dritte berechnen – und diese Rechnung stimmt nicht mit dem experimentellen Ergebnis überein.
Caldwell glaubt deshalb an die Existenz einer vierten Neutrinoart. Aus anderen Experimenten weiß man aber, dass es keine weitere Neutrinoart geben kann, die mit der schwachen Kraft wechselwirkt. Dieses "sterile Neutrino" könnte sich deshalb nur über seine Gravitation bemerkbar machen.
Axel Tillemans Neutrino
Wenn die Neutrinos Masse haben, dann ist es nämlich möglich, dass sich Elektron-Neutrinos in eine andere Neutrinosorte umwandeln. Eine ähnliche Umwandlung konnten auch Caldwell und seine Kollegen nachweisen. Ihre Messergebnisse zeigen die Umwandlung der Antiteilchen von Mü-Neutrinos in Anti-Elektron-Neutrinos. Zusammen mit früheren Ergebnissen konnten sie daraus berechnen, dass Neutrinos an der Gesamtmasse des Universums einen Anteil von mehr als einem Prozent haben.
Auch bei Atmosphären-Experimenten hat man vergleichbare Umwandlungen beobachtet. Aus jeder der drei Neutrino-Messungen kann man nun die Massendifferenz zwischen den jeweils beteiligten beiden Neutrinosorten bestimmen. Das Problem: Aus zwei Massedifferenzen kann man bereits die dritte berechnen – und diese Rechnung stimmt nicht mit dem experimentellen Ergebnis überein.
Caldwell glaubt deshalb an die Existenz einer vierten Neutrinoart. Aus anderen Experimenten weiß man aber, dass es keine weitere Neutrinoart geben kann, die mit der schwachen Kraft wechselwirkt. Dieses "sterile Neutrino" könnte sich deshalb nur über seine Gravitation bemerkbar machen.
Axel Tillemans Neutrino