In jeder Sekunde strömen Milliarden Neutrinos durch unseren Körper. Weil diese Elementarteilchen aber kaum mit Materie wechselwirken, merken wir dies nicht. Doch sie spielen für unser Standardmodell und viele grundlegende Fragen der Kosmologie und Physik eine entscheidende Rolle – vom Ungleichgewicht zwischen Antimaterie und Materie über „neue Physik“ jenseits des Standardmodells bis hin zu den noch unbekannten Teilchen der Dunklen Materie.
Das Problem der Neutrinomassen(n)
Doch um die Rolle der Neutrinos für diese Fragen zu klären, müssen Physiker erst das größte Rätsel dieser Elementarteilchen lösen: ihre Masse. Lange galten Neutrinos als komplett masselos, doch die Neutrino-Oszillation belehrte Physiker eines Besseren: Die Fähigkeit der Neutrinos, sich im Flug von einer der drei Sorten in eine andere zu verwandeln, erfordert es, dass Elektron-, Tau- und Myon-Neutrinos leicht unterschiedliche Massen besitzen. Wann und wie oft sich ein Neutrino von einer Sorte in eine der anderen beiden umwandelt, hängt von diesem Massenverhältnis ab.
Bisher gibt es für die Neutrinomasse jedoch nur Näherungswerte und diese liefern keine ausreichenden Informationen über die einzelnen Neutrinosorten. Neutrino-Detektoren und Experimente haben bislang nur ermitteln können, dass es zwischen den drei Neutrinosorten zwei unterschiedlich große Massenlücken gibt: Betrachtet man das Quadrat ihrer Massen, ist eine dieser Lücken rund 30-mal größer als die andere.
Das Problem: Zwischen welchen Neutrinosorten diese beiden unterschiedlich großen Massenabstände liegen, ist bislang ungeklärt. Dadurch ist auch noch offen, welche Neutrinosorte beispielsweise die schwerste und welche die leichteste ist.
Diese 35 Meter große Kugel enthält die Detektorflüssigkeit, die die Passage von Neutrinos durch winzige Lichtblitze verrät. © JUNO Collaboration
Atomreaktoren, 20.000 Tonnen Detektorflüssigkeit und 45.000 Photodetektoren
Ein neuer Neutrino-Detektor könnte nun dieses Rätsel lösen. Denn erste Messungen eines erst im August 2025 eingeweihten Neutrino-Detektors in China haben vielversprechende Ergebnisse erbracht. Das Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) ist speziell darauf ausgelegt, die Oszillation der Neutrinos und die Massenanteile ihrer verschiedenen Sorten zu messen. Dafür liegt das Neutrino-Observatorium unter einer gut 650 Meter dicken Gesteinsdecke, die es vor Störeinflüssen abschirmt.
