Neue bahnbrechende Entdeckung in der Physik

23.07.2013

RWTH stellt Monitorkammern für T2K-Experiment zur Verfügung: Auf der Tagung der Europäischen Physikalischen Gesellschaft in Stockholm gab die Kollaboration des Experiments „T2K“, Tokai to Kamioka, in Japan die erste direkte Beobachtung der Umwandlung von Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos bekannt.

  Urheberrecht: RWTH-Lehrstuhl für Experimentalphysik III B Das Bild zeigt die Aufsicht des Nahdetektors aus dem T2K-Experiment in Japan, mit dem unter anderem die Zusammensetzung des Neutrino-Strahls bestimmt wird.

„Die Wahrscheinlichkeit, dass eine zufällige statistische Fluktuation den beobachteten Überschuss an Elektron-Neutrinos erzeugt hat, ist kleiner als eins zu einer Billion“, sagt Dr.rer.nat. Stefan Roth vom Lehrstuhl für Experimentalphysik III B der RWTH. Seine Gruppe stellte Monitorkammern für den Nahdetektor zur Verfügung, die kontinuierlich das Gas kontrollieren, mit dem die Spurenkammern von T2K betrieben werden. Das Monitorkammersystem wurde in Aachen vorgefertigt und in das Gassystem integriert. Ein weiterer wichtiger RWTH-Beitrag war das Fahrwerk für den rund 1000 Tonnen schweren Experimentiermagneten.

Im T2K-Experiment wird ein Myon-Neutrino-Strahl am „Japan Proton Accelerator Re-search Complex“, kurz J-PARC, in Tokai an der japanischen Ostküste erzeugt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen den Neutrino-Strahl dort in einem Detektoraufbau und senden ihn in Richtung des 295 Kilometer entfernten Super-Kamiokande-Untergrunddetektors in Kamioka nahe der japanischen Westküste. Eine Analyse der bisher aufgezeichneten Daten ergab mit insgesamt 28 Ereignissen einen signifikanten Überschuss an Elektron-Neutrinos, der nur durch die Umwandlung der ausgesandten Myon-Neutrinos in Elektron-Neutrinos erklärt werden kann.

Die Beobachtung dieser Art von Neutrino-Oszillation ebnet den Weg für neuartige Studien der Verletzung der Ladungsparität, der so genannten CP-Verletzung. Diese erlaubt eine Unterscheidung zwischen physikalischen Prozessen mit Materie und Antimaterie. Dieses Phänomen war bisher nur bei Quarks bekannt, für dessen Ent-deckung wurde in den Jahren 1980 und 2008 der Physik-Nobelpreis verliehen. „Die CP-Verletzung bei Neutrinos im frühen Universum könnte die Ursache dafür sein, warum die Antimaterie aus dem Universum verschwunden ist“, so Stefan Roth. Es wäre damit ein wichtiger Schritt zur Lösung eines der grundlegendsten Rätsel in den Naturwissenschaften, fügt er hinzu.

Das T2K-Experiment wurde von einer internationalen Kollaboration aufgebaut. Aktuell arbeiten 400 Physiker aus 59 Instituten in elf Ländern mit, wobei die RWTH Aachen als einzige deutsche Gruppe beteiligt ist. T2K wird hauptsächlich vom japanischen Wissenschaftsministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie, MEXT, getragen, während die Gruppe der RWTH von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt wird.

Celina Begolli

 

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