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Das GERDA-Experiment

Im GERDA-Experiment wird erforscht, ob das Neutrino sein eigenes Antiteilchen ist. Gesucht wird nach dem sogenannten neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall, der bisher noch nicht beobachtet wurde. Ein Isotop, der diesen extrem seltenen radioaktiven Zerfall zeigen könnte, ist Germanium-76. Daher basiert das Experiment auf Germaniumdetektoren, die mit diesem Isotop angereichert sind.

Beim neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall wandeln sich zwei Neutronen in zwei Protonen und zwei Elektronen um. Dabei werden auch zwei Neutrinos freigesetzt, die sich aber gegenseitig auslöschen können – vorausgesetzt, sie sind ihre eigenen Antiteilchen. Also existiert dieser Zerfall nur, wenn

•    Neutrinos und ihre Antiteilchen identisch sind
•    und eine Masse haben.

Im GERDA-Experiment sind insgesamt 36 Kilogramm an Detektormaterial verbaut. Dies entspricht insgesamt circa 1026 Germanium-76-Kernen. Mit dieser Anzahl von Kernen sollte der Zerfall in wenigen Jahren nachweisbar sein, wenn seine Halbwertzeit 1026 Jahre oder weniger beträgt.

Misst GERDA einige der hypothetischen und extrem seltenen Zerfälle, wäre das eine mögliche Antwort auf die Frage: Warum im Universum zwar Materie, aber keine Antimaterie mehr zu finden ist – der Schlüssel zu unserer Existenz. Außerdem könnten die Physiker Rückschlüsse auf die Masse der Neutrinos schließen.

Extrem strahlungsarme Umgebung im Untergrund

Da der neutrinolose doppelte Beta-Zerfall so selten ist, muss das GERDA-Experiment bestmöglich von störenden Einflüssen geschützt werden. Daher befindet es sich im Gran Sasso-Untergrundlabor in Italien, wo 1,4 Kilometer Berggestein GERDA vor kosmischer Strahlung aus dem All abschirmt.

Zusätzlich befinden sich die Germaniumdetektoren in einer extrem sauberen Umgebung: in einem mit flüssigem Argon gefüllten Tank aus speziell ausgesuchtem Stahl mit sehr niedriger Strahlungsrate. Dieser Behälter wiederum ist in einen mit hochreinem Wasser gefüllten Tank von zehn Metern Durchmessern eingelassen.

Die GERDA-Kollaboration besteht aus etwa 120 Mitgliedern aus 16 Instituten in sechs europäischen Ländern, darunter die Max-Planck-Institute für Physik (MPP) und Kernphysik. Die GERDA-Gruppe am MPP war für den Bau des Reinraums über dem Kryostaten und für die Entwicklung und den Bau der Infrastruktur verantwortlich, mit der die Detektoren in den Argon-Tank versenkt werden, das so genannte Schleusensystem.

Mehr Informationen zur Gruppe "GERDA"

Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Caldwell, Allen, Prof. Dr.

Director 529

Fischer, Felix

PhD Student 280

Gooch, Christopher

Engineering 242

Hayward, Connor

PhD Student 764

Kicsiny, Peter

Student 415

Kneißl, Raphael

Postdoc 415

Majorovits, Béla, PD Dr.

Scientist 262

Manzanillas, Luis

Schulz, Oliver, Dr.

Scientist 521

Zsigmond, Anna Julia, Dr.

Postdoc 337

Schlüsselpublikationen

Improved Limit on Neutrinoless Double-β Decay of 76Ge from GERDA Phase II
GERDA Collaboration
Phys. Rev. Lett. 120 (2018) 132503
arXiv:1803.11100

Upgrade for Phase II of the Gerda experiment
GERDA Collaboration
Eur. Phys. J. C78 (2018) 388
arXiv:1711.01452

Background-free search for neutrinoless double-β decay of 76Ge with GERDA
GERDA Collaboration
Nature 544 (2017) 47
arXiv:1703.00570

Limits on uranium and thorium bulk content in GERDA Phase I detectors
GERDA Collaboration
Astropart. Phys. 91 (2017) 15
arXiv:1611.06884