Das Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) Experiment ist das weltweit führende Projekt zur direkten Messung der Neutrinomasse. KATRIN befindet sich am Karlsruher Institut für Technologie und nutzt eine intensive fensterlose gasförmige Tritiumquelle und ein hochauflösendes Spektrometer, um die Energie von β-Zerfallselektronen mit einer Genauigkeit im Sub-eV-Bereich zu analysieren. Diese 70 m lange Anlage ermöglicht die empfindlichste Laboruntersuchung der Neutrino-Massenskala und ergänzt kosmologische Experimente. Die Messungen von KATRIN haben bereits eine Empfindlichkeit von 0,45 eV erreicht und werden weiter verbessert, da noch viele neue Daten (x5) analysiert werden müssen

Suche nach leichten sterilen Neutrinos

Über sein Hauptziel der Neutrinomasse hinaus ist KATRIN auch einzigartig empfindlich für zusätzliche „sterile” Neutrinozustände, die nicht über die Kräfte des Standardmodells interagieren würden. Solche Teilchen könnten Anomalien erklären, die in Reaktor- und Quellenversuchen beobachtet wurden, und würden eine Physik jenseits des Standardmodells markieren. Unsere Gruppe am MPIK leitet diese Analyse, die nach winzigen „Knicks” im Tritium-β-Zerfallsspektrum sucht, die durch die Emission eines sterilen Neutrinos erzeugt werden. Die jüngste Veröffentlichung legte die weltweit strengsten direkten Grenzen im eV-Massenbereich fest und schloss einen Großteil des durch frühere Hinweise nahegelegten Parameterraums aus.

Suche nach kosmischen Reliktneutrinos

KATRIN bietet auch ein leistungsfähiges Labor zur Untersuchung des kosmischen Neutrino-Hintergrunds, der Reliktneutrinos, die sich eine Sekunde nach dem Urknall abgekoppelt haben. Diese Neutrinos könnten gelegentlich auf Tritium eingefangen werden und ein charakteristisches Elektronensignal knapp über dem β-Zerfallspunkt erzeugen. Unsere MPIK-Gruppe leitet diese bahnbrechende Suche, die derzeit die besten Laborgrenzen für die lokale Überdichte von Reliktneutrinos liefert, die gegenüber früheren Ergebnissen um zwei Größenordnungen verbessert wurden. Obwohl die Detektion nach wie vor eine langfristige Herausforderung darstellt, schafft diese Arbeit die experimentelle Grundlage für die zukünftige Beobachtung des Reliktneutrino-Hintergrunds.