Neutrinos erklären die Physik über das Standardmodell hinaus
Physiker haben große Anstrengungen unternommen, um die Eigenschaften dieser mysteriösen Teilchen zu erforschen. Ende des letzten Jahrhunderts wurde entdeckt, dass Neutrinos in drei sogenannten "Flavours" existieren: Elektron, Myon und Tau. Neutrinos können ihren Flavour außerdem durch einen Vorgang namens Oszillation wechseln. Diese überraschende Tastsache wies auf Physik jenseits des Standardmodells hin. Im EU-finanzierten Projekt "On the trails of new neutrino properties" (NUTRAILS) bereiteten sich Physiker auf Neutrinoforschung vor, mit welcher die Physik beleuchtet werden soll, die in der subatomaren Welt verborgen ist. Sie konzentrierten ihre Forschung auf Neutrinoeigenschaften und deren Vereinbarkeit mit dem Standardmodell, z. B. auf die Verletzung der Symmetrie der Ladungskonjugation (CP-Verletzung) und die Auswirkung steriler Neutrinos. Nach aktuellem Wissensstand bildeten sich, als unser Universum mit dem Urknall entstand, Materie und Antimaterie in gleichen Teilen. In diesem Fall hätten sich Materie und Antimaterie anschließend restlos gegenseitig neutralisieren müssen. Um das Überwiegen von Materie zu erklären, suchten die Forscher nach der richtigen Art der CP-Verletzung. In früheren Studie wurde festgestellt, dass sich Quarks anders als ihre Antiteilchen verhalten. Diese CP-Verletzung erklärt jedoch nicht das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie insgesamt. Mit der Auswertung einer Fülle von Neutrinodaten aus Experimenten aus der ganzen Welt lieferten die NUTRAILS-Wissenschaftler einen ersten Hinweis auf die CP-Verletzung bei Neutrinos, Teilchen aus der Familie der Leptonen. Außerdem untersuchten sie Oszillationen von Neutrinos zwischen den drei Flavours auf der Suche nach sterilen Neutrinos. Der Nachweis dieser Art von Neutrino, die nicht zu den drei bekannten Typen zählt, würde sich erheblich auf unser Verständnis des Universums auswirken. Die neuen Ergebnisse limitieren die Mischung von Elektronen mit sterilen Neutrinos und leichten sterilen Neutrinos mit einer Masse von weniger als einem eV. Das NUTRAILS-Projekt hat laufende Experimente mit wertvollen Hinweisen zum gesuchten Massebereich für den vierten möglichen Neutrinozustand ausgestattet. Zudem wurde erstmals aufgezeigt, dass aktuelle und zukünftige Long-Baseline-Experimente für CP-Verletzung, die von sterilen Neutrinos verursacht wird, empfindlich sind. Insgesamt heben die neuen Erkenntnisse zu Neutrinos hervor, dass es wichtig ist, nach weiteren neutralen Teilchen zu suchen, die zum Materie-Antimaterie-Gleichgewicht unseres Universums beitragen.
Schlüsselbegriffe
Neutrinos, jenseits des Standardmodells, Ladungskonjugation, Urknall, Antimaterie