Exotischer Zerfall bislang nicht beobachtet

In den 1930er-Jahren schlug der italienische Physiker Ettore Majorana vor, dass Neutrinos möglicherweise ihre eigenen Antiteilchen sind. Wäre dem tatsächlich so, könnte in Atomkernen – wenn auch extrem selten – eine exotische Variante des doppelten Betazerfalls auftreten. Ein internationales Forscherteam suchte nun zwei Jahre lang danach und konnte bisher keinen Hinweis darauf finden. Sollte es diesen Zerfall allerdings doch geben, so hätte er eine Halbwertszeit, die mehr als eine Millionen-Milliarden mal größer ist als das Alter des Universums.

Rechts im Bild die runde Öffnung zu einer Kammer, davor der schwere große runde Deckel, beides aus kupferfarbenem Metal. Links im Bild ein Mensch in Schutzkleidung aus weißem, weitem Stoff.
EXO-200 Detektor

Beim gewöhnlichen Betazerfall zerfällt in einem Atomkern ein Neutron in ein Proton und setzt dabei ein Elektron und ein Antineutrino frei. Beim doppelten Betazerfall wandeln sich gleichzeitig zwei Neutronen in zwei Protonen um, wobei neben den beiden Elektronen auch zwei Antineutrinos entstehen. Wenn das Neutrino nun seinem Antiteilchen entspräche, könnten sich die beiden Teilchen im Innern des Kerns gewissermaßen gegenseitig aufheben und man würde nur zwei Elektronen nachweisen. Nach diesem Zerfall fahnden Joshua Albert und seine Kollegen vom Experiment EXO-200 (Enriched Xenon Observatory) im US-amerikanischen Bundesstaat New Mexico 650 Meter tief unter der Erde. Dazu verwenden sie eine Kammer mit 200 Liter flüssigem Xenon, das mit einem Xenonisotop angereichert ist, bei dem man diesen Zerfall erwartet.

Da die Forscher keinen einzigen neutrinolosen Doppelbetazerfall beobachten konnten, muss die Halbwertszeit dieses Zerfalls mindestens 1025 Jahren betragen. Auch andere Experimente, die nach diesem Zerfall suchen, blieben bislang erfolglos. Ließe sich der exotische Betazerfall eines Tages nachweisen, wäre das nicht mit dem Standardmodell der Teilchenphysik zu erklären. Denn demzufolge handelt es sich bei Teilchen und Antiteilchen um zwei völlig unterschiedliche Dinge.

Die Zukunft des EXO-200-Experimentes ist derzeit ungewiss. Denn seit Februar dieses Jahres ist den Forschern der Zugang zu ihrem Detektor untersagt. Grund ist ein Unfall in der Waste Isolation Pilot Plant – einem Endlager für radioaktiven Müll, an das das Experiment angrenzt –, bei dem Radioaktivität austrat. Unklar ist, wann die Arbeit an dem Detektor, der gerade für zukünftige Experimente mit höherer Genauigkeit aufgerüstet wird, weitergehen kann und in welchem Zustand er sich dann befinden wird.