Helmholtz-Institut Mainz

Fortschritte zur Erhebung der Neutrinomasse: Arbeitsgruppe von Christoph Düllmann stellt spezifische Proben für Experimente bereit

Eine sehr präzise Atomwaage: PENTATRAP besteht aus fünf übereinander angeordneten sogenannten Penningfallen (gelbe Säule in der Mitte). (© Max-Planck-Institut für Kernphysik)

Spezifische Proben: In Mainz hergestellte Holmium-163-Mikrokristalle auf der linken Seite, zu sehen als weiße Flocken vor dunklem Hintergrund, und Dysprosium-163 in PLA-Form auf der rechten Seite, hergestellt in Heidelberg.(Foto/©: Christoph Schweiger / Max-Planck-Institut für Kernphysik)

Welche Masse hat ein ruhendes Neutrino? Ein Team unter Leitung der Abteilung von Prof. Dr. Klaus Blaum, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, mit Beteiligung der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Christoph Düllmann an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM) hat im Rahmen der internationalen ECHo-Kollaboration einen wichtigen Beitrag zum „Wiegen“ von Neutrinos geleistet. Mit der Ionenfalle Pentatrap haben die Forschenden die Änderung der Masse des Holmium-163-Ions extrem genau gemessen, wenn dessen Kern ein Elektron einfängt und zu Dysprosium-163 wird. Daraus konnten die Forschenden diesen sogenannten Q-Wert 50-mal genauer als bisher bestimmen. Mit Hilfe eines genaueren Q-Werts lassen sich mögliche systematische Fehler in der Bestimmung der Neutrinomasse aufdecken.

Holmium-163 ist ein künstliches Isotop, das im Beschuss des natürlichen Erbium-162 mit Neutronen, welcher zum Erbium-163 führt, das wiederum in Holmium-163 zerfällt, erzeugt werden kann. Die chemische Isolation des erbrüteten Holmium-163 erfolgte an der JGU, wo auch die für das Pentatrap-Experiment in Heidelberg passgenaue Probe hergestellt wurde. Pentatrap besteht aus fünf sogenannten Penningfallen. In diesen Fallen können elektrisch geladene Atome in einer Kombination aus einem statischen elektrischen und magnetischen Feld für lange Zeit gefangen werden. Darin vollführen diese Ionen einen in sich verschraubten „Kreistanz“, über den sich ihre Masse extrem genau bestimmen lässt. „Bei einem maximal beladenen Airbus A380 könnte man mit dieser Empfindlichkeit feststellen, ob sich ein einzelner Wassertropfen auf ihn gesetzt hat“, macht Christoph Schweiger, Doktorand in Klaus Blaums Abteilung am Max-Planck-Institut für Kernphysik, die Fähigkeiten dieser Superwaage anschaulich.

Veröffentlichung:

C. Schweiger et al., Direct high-precision Penning-trap measurement of the Q-value of the electron capture in ¹⁶³Ho for the determination of the electron neutrino mass, Nature Physics, 19. April 2024,

DOI: 10.1038/s41567-024-02461-9

Penning-trap measurement of the Q value of electron capture in 163Ho for the determination of the electron neutrino mass | Nature Physics

Kontakt:
Prof. Dr. Christoph E. Düllmann

Department Chemie – Standort TRIGA

Johannes Gutenberg-Universität Mainz

55099 Mainz

Tel. +49 6131 39-25852

Fax +49 6131 39-20811

E-Mail: duellmann(at)uni-mainz.de

https://www.superheavies.de/

Prof. Dr. Christoph E. Düllmann

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH