Bestimmung der Neutrinomasse: KATRIN-Experiment

Das Neutrino ist eines der faszinierendsten Teilchen im Standardmodell der Teilchenphysik. Trotz bedeutender Entdeckungen in den letzten zehn Jahren gibt es noch immer eine Reihe an offenen Fragen: Wie schwer ist ein Neutrino? Ist das Neutrino sein eigenes Antiteilchen? Hat das bekannte linkshändige Neutrino einen rechtshändigen Partner? Die Erforschung dieser unbekannten Neutrino-Eigenschaften ist der Schlüssel zu einem besseren Verständnis der Zusammensetzung und Entwicklung des Universums und stellt das Ziel der Arbeitsgruppe KATRIN/TRISTAN dar.

KATRIN

Blick auf das KATRIN-Experiment
Blick auf das KATRIN-Experiment (Foto: KIT)

Das Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) ist ein großangelegtes Experiment zur direkten Bestimmung der Neutrinomasse am Karlsruher Institute für Technologie (KIT). An dem Experiment arbeitet ein internationaler Forschungsverbund mit etwa 150 Mitgliedern aus 17 Instituten in sechs verschiedenen Ländern.

Das KATRIN Experiment besteht aus einer ultra-starken Quelle von schwerem Wasserstoff (Tritium) und einem hochpräzisen Spektrometer. Beim radioaktiven Zerfall der Tritiumatome in der Quelle wird ein Elektron und ein Neutrino ausgesendet. Zufallsbedingt teilen sich die beiden Teilchen die Energie von 18,6 Kiloelektronenvolt, die in dem Zerfall frei wird. Dabei kann das Elektron niemals die gesamte Zerfallsenergie bekommen: Denn das Neutrino nimmt zumindest die Energie, die seiner Masse entspricht (E=mc2) in Anspruch.

Wenn man also die maximale Energie des Elektrons bestimmt, kann man auf die Masse des Neutrinos zurückschließen. Die Messung der Energie des Elektrons aus dem Tritiumzerfall wird mit dem KATRIN-Spektrometer realisiert. KATRIN wurde im Juni 2018 in Betrieb genommen und hat das Ziel, in den nächsten Jahren die Neutrinomasse mit einer Sensitivität von 200 Millielektronenvolt zu bestimmen.

In unserer Arbeitsgruppe konzentrieren wir uns auf die Datenanalyse und die Entwicklung eines neuartigen Detektorsystems für KATRIN namens TRISTAN.

TRISTAN

Wegen seiner exzellenten Quell- und Spektrometer-Eigenschaften erlaubt es das KATRIN-Experiment nicht nur, die Masse des Neutrinos zu bestimmen, sondern auch nach einer neuen Variante des Teilchens zu suchen: Den rechtshändigen Partner des Neutrinos, das so genannte sterile Neutrino. Um dieses Teilchen zu finden, entwickeln Wissenschaftler*innen derzeit einen neuartigen Detektor namens TRISTAN.

Mehr Informationen zur Gruppe "KATRIN/TRISTAN"

Aktuelle Meldungen

25.03.2021

Suche nach sterilen Neutrinos: Auf den Knick in der Kurve kommt es an

Das Spektrometer des KATRIN-Experiments, mit dem die Neutrinomasse bestimmt werden soll. (Foto: M. Zacher/KIT)

Um das Elementarteilchen Neutrino ranken sich viele Fragen – zum Beispiel, wie groß seine Masse ist. Außerdem interessieren sich Physiker*innen dafür, ob es neben dem „klassischen“ Neutrino noch weitere Varianten gibt, die man als steril bezeichnet. Mit dem KATRIN-Experiment gelang es jetzt, den…

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16.09.2019

Genauer als gedacht: Erste Resultate von der Neutrinowaage KATRIN

Mitglieder des KATRIN-Forschungsverbundes bei den ersten Messungen der Neutrino-Masse im Frühjahr 2019.

Wegen ihrer extrem kleinen Masse spielen Neutrinos eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik. Nach Auswertung der ersten Messergebnisse im Karlsruher Tritium Neutrino Experiments KATRIN steht nun fest: Die bisher unbekannte Masse des Neutrinos muss unter 1 Elektronenvolt liegen. Dieses…

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02.09.2019

Rasterfahndung für eine neue Neutrino-Art: ERC Starting Grant für Susanne Mertens

Prof. Dr. Susanne Mertens

Neutrinos stehen im Rampenlicht der Teilchenphysik: Zahlreiche Experimente beschäftigen sich mit diesen besonderen Teilchen – haben sie doch das Potenzial, einigen der großen Physikfragen zumindest einen Schritt näher zu kommen. Mit einem neuen Experiment will Susanne Mertens vom Max-Planck-Institut…

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11.06.2018

Karlsruher Tritium Neutrino Experiment KATRIN beginnt Messungen – Feierliche Inbetriebnahme am 11. Juni 2018

Neutrinos auf der genauesten Waage der Welt

Das KATRIN-Experiment: Blick in das große Spektrometer. Hier wird die Energie von Elektronen aus dem Zerfall von Tritium gemessen. Sie soll Aufschluss auf die Masse des Neutrinos geben.

Wie schwer sind Neutrinos? Diese trivial scheinende Frage gehört zu den wichtigsten Fragestellungen in der modernen Teilchenphysik und Kosmologie. Das am 11. Juni 2018 gestartete Karlsruher Tritium Neutrino Experiment KATRIN soll darauf Antwort geben: Es entstand in 15-jähriger Bauzeit am Karlsruher…

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03.05.2018

Café & Kosmos am 26. Juni 2018

Das Neutrino auf der Waage

Im Inneren des KATRIN-Experiments

Das Neutrino ist eines der faszinierendsten Teilchen im Standardmodell der Teilchenphysik. Es fliegt durch Materie hindurch ohne Spuren zu hinterlassen. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Strukturen im frühen Universum. Eines der großen Rätsel, das uns das Neutrino bis heute…

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24.08.2017

Ein Sommer mit Neutrinophysik

Aude Glaenzer und Paul Ripoche auf dem Tennisplatz – ihrem Lieblingsort am MPP

Aude Glaenzer und Paul Ripoche, zwei Masterstudenten an der renommierten École normale supérieure de Paris-Saclay, verbrachten vier Monate als Praktikanten am Max-Planck-Institut für Physik (MPP). In dieser Zeit arbeiteten sie in der KATRIN/TRISTAN-Gruppe (Leitung Dr. Susanne Mertens) mit. Kurz…

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31.10.2016

Wichtiger Meilenstein beim Aufbau von neuem Neutrino-Experiment

KATRIN-Detektor sichtet erste Elektronen

Im Inneren des KATRIN-Experiments

Das KATRIN-Experiment feierte kürzlich sein "erstes Licht". Wie das Karlsruhe Institut für Technologie mitteilte, registrierte der Detektor erstmals Elektronen, die zuvor das 70-Meter lange Strahlrohr durchflogen hatten. Als präziseste Waage der Welt soll KATRIN künftig die Masse des kleinsten…

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08.09.2016

Neutrinos im Visier: neue Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Physik

Experimentelle Neutrinophysik – das ist der Schwerpunkt einer neuen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Physik. Geleitet wird die Gruppe von Susanne Mertens, die bisher am KATRIN und Majorana-Experiment am Karlsruhe Institut für Technologie und Lawrence Berkeley National Laboratory…

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl Büro www

Brunst, Tim

 Scientist 401 030C

Forstner, Christian

 Student 364 215

Geigenberger, Katrin

 Student 373 028C

Glas, Cynthia

 Student 373 028C

Gupta, Vikas

 Student 205 020C

Henkes, Florian

 Student 373 028C

Hoffmann, Leander

 Student 401 030C

Houdy, Thibaut, Dr.

 Scientist 560 018C

Karl, Christian Robert

 PhD-Student 205 020C

Kellerer, Fabian

 Student 373 028C

Kholodkov, Jakov

 Student 401 030C

Koehler, Christoph

 PhD-Student 361 025C

Lasserre, Thierry, Dr.

 Scientist 582 022C

Maonao Loza Ramurez, Edgar

 Student 373 028C

Meier, Matthias

 PhD-Student 361 025C

Mertens, Susanne, Prof. Dr.

 Scientist 590 019C

Onillon, Anthony

 Postdoc 560 16c

Schlueter, Lisa

 PhD-Student 419 021C

Schwemmer, Alessandro

 Student 373 028C

Siegmann, Daniel

 PhD-Student 401 030C

Urban, Korbinian

 PhD-Student 361 025C

Weidenthaler, Matthias

 Student 373 028C

Werner, Diana

 Secretary 364 215

Wickles, Johannes Gerald

 Student 361 025C

Wiesinger, Christoph, Dr.

 Postdoc 373 028C

Willers, Michael

 Scientist 583 029C

Wunderl, Lena

 Student 373 028C

Externe Mitglieder

Dr. Thierry Lasserre, ICEA, France
Dr. Julieta Gruzko, UW, USA
Dr. Alexey Lokhov, RAS, Russia

Schlüsselpublikationen

Commissioning of the vacuum system of the KATRIN Main Spectrometer
KATRIN Collaboration
Journal of Instrumentation, Volume 11, April 2016
arxiv:1603.01014

A White Paper on keV Sterile Neutrino Dark Matter
M. Drewes, T. Lasserre, A. Merle, S. Mertens
submitted to Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) (2016)
arxiv:1602.04816

Sensitivity of Next-Generation Tritium Beta-Decay Experiments for keV-Scale Sterile Neutrinos
S. Mertens, T. Lasserre, S. Groh, G. Drexlin, F. Glück, A. Huber, A. W. P. Poon, M. Steidl, N. Steinbrink, C. Weinheimer
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) 1502 (2015) 02, 020
arxiv:1409.0920

Wavelet approach to search for sterile neutrinos in tritium beta- decay spectra
S. Mertens, K. Dolde, M. Korzeczek, F. Glück, S. Groh, R. D. Martin, A. W. P. Poon, M. Steidl
Physical Review D 91 (2015) 4, 042005
arxiv:1410.7684

Current Direct Neutrino Mass Experiments
G. Drexlin, V. Hannen, S. Mertens, C. Weinheimer
Advances in High Energy Physics, Volume 2013 (2013)
arxiv:1307.0101

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