CP-Symmetrie für Neutrinos verletzt

  • 11. August 2017

Mögliche Erklärung für die Dominanz der Materie über Anti­materie im Uni­versum.

Neutrinos und Antineutrinos können sich ineinander umwandeln. Die inter­nationale T2K-Kolla­bo­ration fand nun erste Hinweise, dass die Dominanz der Materie über Anti­materie im Uni­versum durch das unter­schied­liche Umwand­lungs-Verhalten der Neutrinos und Anti­neutrinos erklärt werden könnte. Das wäre ein wichtiger Meilen­stein für das Ver­ständnis des Uni­versums. Das Uni­versum besteht in erster Linie aus Materie, der offen­sicht­liche Mangel an Anti­materie ist eines der faszi­nie­rendsten Probleme der Wissen­schaft. Die T2K-Kolla­bo­ration hat in einem Vortrag am KEK-Forschungs­zentrum in Japan ver­kündet, dass erste Hinweise gefunden wurden, dass mit 95 Prozent Wahr­schein­lich­keit die CP-Symmetrie für Neutrinos ver­letzt ist.

Neutrino am T2K

Abb.: Eine durch das T2K-Experiment beob­achtete Elektron-Neutrino-Wechsel­wirkung. Das Neutrino steht in Wechsel­wirkung mit einem Wasser­molekül im Detektor­volumen und erzeugt ein Elektron, das wiederum Tscherenkow-Strahlung emittiert, während es über den Detektor fliegt. Dieses Licht wird durch spezielle Photo­sensoren gesammelt und in ein mess­bares elek­trisches Signal umge­wandelt. (Bild: U. Bern)

Neutrinos existieren als drei verschiedene Typen: als Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos, sowie deren Anti­teilchen. Im Jahr 2013 entdeckte T2K eine neue Art von Trans­for­mation unter Neutrinos, bei welcher Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos umge­wandelt werden, während sie sich in Raum und Zeit bewegen. Für das T2K-Experi­ment wird am Proton Accele­rator Research Complex in Tokai an der Ost­küste Japans ein Myon-Neutrino-Strahl produ­ziert, der in 295 Kilo­meter Ent­fer­nung vom Super-Kamio­kande-Unter­grund-Detektor gemessen wird. T2K steht für „Tokai to Kamio­kande“. Die nun präsen­tierte T2K-Studie lehnt mit 95 Prozent Wahr­schein­lich­keit die Hypo­these ab, dass die Umwand­lung von Myon-Anti­neutrinos zu Elektron-Anti­neutrinos gleich häufig statt­findet. Das ist ein erster Hinweis darauf, dass die Symmetrie zwischen Materie und Anti­materie in den Neutrino-Oszil­la­tionen ver­letzt ist. Dann könnten die Neutrinos auch bei der Asym­metrie von Materie und Anti­materie im Uni­versum eine Rolle spielen.

„Diese Ergebnisse gehören zu den wichtigsten Erkenntnissen in der Neutrino-Physik in den letzten Jahren. Und sie eröffnen durch den Nach­weis dieser winzigen, aber mess­baren Wirkung den Weg zu weiteren span­nenden Messungen in den nächsten Jahren“, so Antonio Ereditato, Direktor des Labora­toriums für Hoch­energie­physik der Uni Bern und Leiter der Berner T2K-Gruppe. „Die Natur scheint anzu­zeigen, dass Neutrinos für die beob­achtete Vor­herr­schaft der Materie über Anti­materie im Uni­versum ver­ant­wort­lich sein können. Was wir gemessen haben, recht­fertigt unsere der­zei­tigen Bemü­hungen bei der Vor­berei­tung des nächsten wissen­schaft­lichen Unter­nehmens, DUNE, dem ulti­ma­tiven Neutrino-Detektor in den USA, der eine end­gültige Ent­deckung ermög­lichen sollte.“

U. Bern / RK

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