Der Nachweis des neutrinolosen doppelten Beta-Zerfalls könnte einige Rätsel der Teilchenphysik lösen: Damit wäre gezeigt, dass das im Vergleich zu anderen massiven Elementarteilchen sehr leichte Neutrino mit seinem eigenen Antiteilchen identisch ist. Außerdem gäbe es eine Erklärungsgrundlage für das Fehlen von Antimaterie im Universum.
Bei ihrer Suche nach dem neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall setzen die GERDA-Forscher auf Germaniumdetektoren. Das Material ist mit dem Isotop Germanium-76 angereichert. Im Dezember 2015 begann GERDA seine zweite Messphase - ergänzt um weitere Germaniumdioden und ausgerüstet mit zusätzlichen Lichtdetektoren zur Identifizierung von Störsignalen. Der gesuchte, extrem seltene radioaktive Zerfall wurde bisher zwar nicht beobachtet. Dennoch liefert die Versuchsreihe wichtige Erkenntnisse.
Neues Limit für die Halbwertszeit von Germanium-76
Da es in der Versuchsphase keinen messbaren Zerfall gab, konnten die Physiker eine neue Untergrenze für die Halbwertszeit von Germanium-76 setzen. Sie liegt bei 5 x 1025 Jahren*. Dies kann in eine obere Grenze der Majorana-Neutrinomasse von 150-250 Millielektronenvolt übersetzt werden. Das heißt, ein Neutrino, das identisch mit seinem Antiteilchen ist (Majorana-Charakter) wäre mindestens 2.000 mal leichter als ein Elektron.
Zum anderen konnten die GERDA-Wissenschaftler zeigen, dass die Störsignale durch natürliche Radioaktivität mit einem neuartigen Konzept zur Abschirmung um das Zehnfache reduziert werden kann - eine wichtige Vorausetzung, um ambitionierte Projekte mit noch höherer Empfindlichkeit in Angriff nehmen zu können.
Das GERDA-Experiment
Im GERDA-Experiment sind insgesamt 36 Kilogramm an Detektormaterial verbaut. Dies entspricht insgesamt circa 1026 Germanium-76-Kernen, an denen sich der neutrinolose doppelte Betazerfall beobachten lassen soll. Mit dieser Anzahl von Kernen und einer Halbwertszeit von 1026 Jahren sollte in wenigen Jahren festzustellen sein, ob der Zerfall tatsächlich existiert.
Hinter dem GERDA-Experiment steht ein Verbund aus 16 internationalen Forschungseinrichtungen. Das Max-Planck-Institut für Physik ist verantwortlich für die Entwicklung und Instandhaltung der Infrastruktur des mit flüssigem Argon gefüllten Tanks, insbesondere für die Schleusentechnik, mit der die Detektoren in den Tank gesenkt werden.
(*) Zeit, in der die Hälfte der eingesetzten Isotops Germanium-76 zerfallen ist
Kontakt:
Dr. Béla Majorovits
Max-Planck-Institut für Physik
+49 89 32354-262