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NEUTRINOS
Maximal halb so viel Masse wie gedacht?
von Stefan Deiters
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12. Juli 2010

Neutrinos, diese sehr leichten und äußerst schwer aufzuspürenden Elementarteilchen, könnten weniger als die Hälfte der Masse besitzen, die man bislang für möglich gehalten hatte. Dies ist das Ergebnis eines umfangreichen, mehr als 700.000 Galaxien umfassenden Surveys. Trotz ihrer geringen Masse sollten Neutrinos nämlich einen erheblichen Einfluss auf die Materieverteilung im All haben.

Simulation

Simulation der Materieverteilung im Universum. Oben ist ein Fall mit masselosen Neutrinos, unten einer mit einer Neutrinomasse von 1,9 eV dargestellt. Obwohl die Anfangsbedingungen gleich waren, unterscheidet sich die Materieverteilung deutlich.  Bild: Shankar Agarwal und Hume Feldman, University of Kansas

Neutrinos gehören mit zu den leichtesten und am schwersten zu fassenden Elementarteilchen. Auch wenn in jeder Sekunde unzählige Neutrinos durch uns hindurch strömen, spüren wir von ihnen nichts - alle Materialien durchdringen sie ungehindert. Ihre Entdeckung und Untersuchung macht dies nicht gerade einfach. Trotzdem spielen sie in den Theorien der Physiker eine entscheidende Rolle. Sie könnten auch dazu beitragen, das Dunkelmaterieproblem zu lösen, wenn ihre Masse denn groß genug wäre.

Doch die Masse von Neutrinos lässt sich bislang nur sehr ungenau bestimmen. Angeben können Wissenschaftler nur bestimmte Massengrenzen. Außerdem ist man sich einig darüber, dass Neutrinos auf jeden Fall eine geringe Masse haben müssen. Mit Hilfe einer umfangreichen Durchmusterung von Galaxien, dem mehr als 700.000 Galaxien umfassenden MegaZ DR7-Survey, konnten Forscher nun den Massenbereich der Neutrinos weiter eingrenzen. Danach sieht es so aus, als wäre ihre Masse bislang um mindestens das Doppelte zu hoch eingeschätzt worden.

Obwohl Neutrinos sehr leicht sind und äußerst selten mit Materie wechselwirken, sollten sie wegen ihrer hohen Zahl einen Einfluss darauf haben, wie die Materie im Universum verteilt ist. Genau dies haben sich die Wissenschaftler angesehen: Die dreidimensionale Verteilung der Galaxien im MegaZ DR7-Survey ergab, dass sich diese am besten mit einer deutlich geringeren Neutrinomasse in Einklag bringen lässt.

Alles verrät diese umfassende Galaxiendurchmusterung den Forschern allerdings nicht über die Neutrinos. Das liegt auch daran, dass man drei verschiedene Varianten von Neutrinos kennt - Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos. Sie könnten alle eine unterschiedliche Masse haben. Mit MegaZ lässt sich daher nur die Summe der Masse aller drei Neutrinoarten abschätzen - auf unter 0,28 Elektronenvolt. Dies ist die bislang geringste obere Massengrenze für die Neutrinomasse.

Eine untere Massengrenze lässt sich aus MegaZ nicht ableiten. Gegenwärtig liegen die Werte hier bei 0,05 Elektronenvolt für das massereichste Neutrino. Hätten alle Neutrinos tatsächlich nur diese Masse, würden sie bereits ein Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmachen. Dies erklärt auch ihren Einfluss auf die Materieverteilung im Weltall.

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siehe auch
Borexino: Erster Nachweis von Geoneutrinos - 12. März 2010
Neutrinos: Blick in die Sonne in Echtzeit - 20. August 2007
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Physik: Was wiegt ein Neutrino? - 12. Juli 2005
Neutrinos: KATRIN soll Neutrinomasse bestimmen - 6. Juli 2001
Neutrinos: Preis für obere Massengrenze - 23. Mai 2001
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