Die Anomalie in den Kernreaktormessungen ist nicht auf ein neues Teilchen zurückzuführen

Neutrinos sind vielleicht die seltsamsten Teilchen, die wir kennen. Es ist viel, viel leichter als jedes andere Massenteilchen und interagiert nur über die schwache Kraft mit anderer Materie – was bedeutet, dass es kaum mit irgendetwas interagiert. Drei Arten (oder Geschmacksrichtungen) von Neutrinos wurden identifiziert, und jedes einzelne Teilchen hat keine feste Identität. Alternativ kann es als quantitative Überlagerung aller drei Geschmacksrichtungen angesehen werden und zwischen diesen Identitäten oszillieren.

Als ob das alles nicht genug wäre, deutet eine Reihe seltsamer Messungen darauf hin, dass es eine vierte Art von Neutrinos geben könnte, die nicht einmal über die schwache Kraft wechselwirken, was es unmöglich macht, sie zu entdecken. Diese „sterilen Neutrinos“ könnten die geringen Massen anderer Neutrinos sowie das Vorhandensein dunkler Materie erklären, aber alles, was „unmöglich zu entdecken“ ist, macht es schwierig, ihre Anwesenheit direkt anzusprechen.

Die stärksten Hinweise auf ihre Existenz liefern merkwürdige Messergebnisse bei Experimenten mit anderen Neutrino-Flavours. Aber eine neue Studie schließt heute sterile Neutrinos als Erklärung für eine solche Anomalie aus – und versichert sogar, dass die Anomalien echt sind.

Nicht nachweisbare Entdeckung

Wir können das Vorhandensein von Partikeln auf zwei Arten nachweisen: entweder interagieren sie direkt mit einer anderen Substanz oder sie zerfallen in ein oder mehrere Partikel. Das macht sterile Neutrinos nicht nachweisbar. Sie sind fundamentale Teilchen und sollten in nichts zerfallen. Sie interagieren auch nur durch die Schwerkraft mit anderer Materie, und ihre geringen Massen machen einen Nachweis auf diesem Weg unmöglich.

Stattdessen können wir sie durch Neutrino-Oszillationen nachweisen. Sie könnten ein Experiment aufstellen, das eine bestimmte Art von Neutrinos mit bekannter Rate produziert, und dann versuchen, diese Neutrinos nachzuweisen. Wenn es sterile Neutrinos gäbe, würden einige der von ihnen produzierten Neutrinos in dieser Identität oszillieren und daher nicht nachgewiesen werden. Am Ende misst man also weniger Neutrinos als erwartet.

Genau das geschah früher in Kernreaktoren. Eines der Produkte des radioaktiven Zerfalls (der durch die schwache Kraft angetrieben wird) sind Neutrinos, daher produzieren Kernreaktoren große Mengen dieser Teilchen. Messungen mit in der Nähe platzierten Detektoren erfassten jedoch etwa 6 Prozent weniger Neutrinos als erwartet. Die schnelle Oszillation in sterilen Neutrinos könnte diese Diskrepanz erklären.

Aber diese Erfahrungen sind wirklich hart. Neutrinos interagieren selten mit Detektoren, sodass nur ein Bruchteil der erzeugten aufgezeichnet wird. Und Kernreaktoren sind unglaublich komplexe Umgebungen. Selbst wenn Sie mit einer reinen Probe eines einzelnen radioaktiven Isotops beginnen, verwandelt der Zerfall die Dinge schnell in einen komplexen Mischmasch aus neuen Elementen, einige radioaktiv und andere nicht. Die emittierten Neutronen können auch Reaktorausrüstung in neue Isotope umwandeln, die radioaktiv sein können. Daher ist es schwierig, genau zu wissen, wie viele Neutrinos Sie zu Beginn produzieren und welchen genauen Anteil an Neutrinos Sie produzieren, der von Ihrem Detektor aufgezeichnet wird.

Aus all diesen Gründen ist es schwierig, sicher zu sein, dass irgendwelche Anomalien in den Neutrino-Messungen echt sind. Physiker neigen dazu, Anzeichen dafür, dass etwas Seltsames vor sich geht, abzuwarten.