LEGEND: Weitere Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall mit Germaniumdetektoren

Die LEGEND-Kollaboration hat zum Ziel, ein weiteres Experiment zur Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfalls zu bauen. Das LEGEND-Experiment tritt die Nachfolge der beiden aktuellen Experimente GERDA und MAJORANA an. GERDA betreibt Detektoren mit einer Gesamtmasse von etwa 40 Kilogramm. Bei LEGEND soll deutlich mehr an Detektormaterial zum Einsatz kommen. In ungefähr drei Jahren sollen etwa 200 Kilogramm in den GERDA-Kryostaten im Gran Sasso-Untergrundlabor eingebaut werden, später soll eine Tonne Germanium in einer neuen Infrastruktur integriert werden.

Neutrinoloser Doppelbetazerfall ist nur möglich, wenn Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Die Frage ob sie das sind, lässt sich bis heute nicht beantworten, obwohl Neutrinos als Schlüsselteilchen für Kernspaltung, Kernfusion und auch für die Entwicklung des Universums seit langem genauestens erforscht werden.

Selbst wenn es neutrinolosen Doppelbetazerfall gibt, handelt es sich um ein extrem seltenes Phänomen. In Gegenwart der normalen natürlichen radioaktiven Strahlung könnte er nie beobachtet werden, da diese Untergrundereignisse erzeugt, die aussehen wie Signalereignisse, aber keine sind. Deswegen müssen Experimente, die nach neutrinolosem Doppelbetazerfall suchen, extrem gut gegen die Radioaktivität der Umwelt abgeschirmt sein. Untergrund entsteht aber auch durch Radioaktivität in den Materialien, die im Experiment selber verwendet werden und durch Materie durchdringende kosmische Strahlung.

Um den Einfluss der kosmischen Strahlung zu minimieren, führen Wissenschaftler die Experimente sehr tief unter der Erde durch. Tief genug sind das SNOLAB in Kanada und das CJPL in China. Um die Radioaktivität gering genug zu halten, müssen die Materialien der Abschirmung und des eigentlichen Experiments sehr sorgfältig ausgesucht werden. Der gesamte Untergrund muss im Vergleich zu früheren Experimenten wie GERDA und MAJORANA um mindestens eine Größenordnung verringert werden.