Gigantische Ausmaße hat der Versuchsbehälter des Karlsruher Tritium Neutrino Experiments, kurz genannt: KATRIN. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie betreiben den Grundlagenversuch am Campus-Nord. | Foto: Rake Hora

Lösung Teil 2

Die dicke „KATRIN“ wiegt die Geisterteilchen

Die richtige Lösung von Teil 2 unseres Sommerrätsels lautet „Karlsruhe(r) Tritium Neutrino Experiment“ (KATRIN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Auch wenn das Rätsel aus der Wissenschaftswelt für manchen nicht ganz einfach zu knacken war: 11 245 Leser beteiligten sich diese Woche am Gewinnspiel. Die BNN haben das Großlabor besucht: 

Wenn Guido Drexlin liebevoll über „unsere Katrin“ spricht, dann erzählt er weder von seiner Tochter, noch von einem anderen ihm nahestehenden Menschen. Nein, dann meint er eine Gigantin mit einem gewaltig dicken Bauch aus Edelstahl: 24 Meter lang und zehn Meter breit ist der Leib dieser „Katrin“, die sich genaugenommen ja mit Großbuchstaben schreibt: „KATRIN“.
Diese Abkürzung steht für das „Karlsruher Tritium Neutrino Experiment“ – und damit für einen der großen Grundlagenversuche der Wissenschaft. Er könnte ein neues Verständnis dafür liefern, wie das Universum beschaffen ist. Dass dieses Großexperiment KATRIN genauso heißt wie viele weibliche Wesen, ist kein Zufall. „Physiker haben so einen Spleen, Experimente mit Frauennamen zu benennen – weil es so wenige Frauen bei uns gibt“, sagt Projektleiter Drexlin lachend. Der Astroteilchenphysiker ist Professor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Gemeinsam mit einem internationalen Kollegenteam hat er KATRIN auf dem Campus-Nord bei Leopoldshafen erschaffen. „Die erste Idee dazu hatten wir 2001 bei einem Seminar auf Burg Liebenzell“, erinnert sich Drexlin. Derzeit laufen noch Vorversuche, erst 2018 startet die eigentliche heiße Phase des Experiments – so aufwendig war der Aufbau der sogenannten Neutrino-Waage.
Mit dem klassischen Wiegen allerdings hat das nichts zu tun. Immerhin geht es um Neutrinos, die leichtesten aller bekannten Elementarteilchen – sie werden auch „Geisterteilchen“ genannt. Sie wechselwirken nicht mit anderer Materie. „Wenn Sie ein Neutrino auf die Küchenwaage legen, fällt es durch die Waage, durch die Küche und die Erde hindurch“, erklärt Drexlin launig.
Um die Masse der unvorstellbar winzigen Winzlinge zu messen, müssen die Forscher einen Umweg gehen: über den Zerfallsprozess von Tritium. „Wenn Tritium zerfällt, entstehen Elektronen und Neutrinos“, erläutert Drexlin. Sein Team misst in dem Riesenspektrometer, wie viel Energie den Elektronen bleibt und wie viel Energie die Neutrinos aus dem Zerfall sozusagen weggetragen haben. Da nach Einstein Masse eigentlich Energie ist, lässt sich so die Masse der Geisterteilchen bestimmen.

Spektakulärer Transport: Als der 24 Meter lange und zehn Meter dicke Behälter für KATRIN zum KIT-Campus Nord rollte, war im alten Ortskern von Leopoldshafen echte Präzisionsarbeit gefragt. | Foto: Sandbiller

Das internationale Forscherteam um Drexlin führt sozusagen die Arbeit der Physik-Nobelpreisträger Takaaki Kajita und Arthur McDonald weiter: „Die beiden hatten gezeigt, dass Neutrinos eine endliche aber nach wie vor unbekannte Ruhe-Masse haben“, sagt Drexlin – und KATRIN soll diese Masse nun ermitteln. Das könne Konsequenzen für das wissenschaftliche Bild vom Weltall und seiner Entstehung haben: „Je schwerer Neutrinos sind, desto stärker ist ihr Einfluss.“ Die Elementarteilchen spielen beispielsweise auch bei Fusionsreaktionen im Innern von Sternen eine Rolle – und bei Spekulationen um bisher unbekannte Extra-Dimensionen.
Menschen wie der Astrophysiker Drexlin, die am Grundverständnis vom Universum rütteln – geraten sie eigentlich fast zwangsläufig in Konflikt mit religiösen Ideen? Glaube und Wissenschaft seien für ihn „kein Widerspruch“, sagt Drexlin. Denn die ganz großen Fragen blieben bestehen. „Weshalb es das Universum gibt, werden wir nie wissen“, davon ist der Forscher überzeugt.
Dem bedeutenden Teil-Rätsel, das KATRIN dennoch lösen soll, entspricht auch der gigantische Aufwand den die Karlsruher Forscher dafür treiben. Die dicke KATRIN verfügt über den größten Hochvakuum-Tank weltweit. „Wir haben ein Ultrahochvakuum wie auf der Mondoberfläche geschaffen“, betont Drexlin. Sehr kalt ist KATRIN auch: Minus 270 Grad herrschen in der Anlage mit supraleitenden Magneten. Rund 30 000 Drähte sind im Versuchsbehälter gespannt – mit „Zehntelmillimeter-Genauigkeit“, wie Drexlin sagt. Eine stabile Hochspannung von 18 600 Volt haben die Forscher erzeugt – das war eine der großen Herausforderungen. Zehn Jahre dauerte der Versuchsaufbau, ehe erstmals Elektronen durch den Bauch von KATRIN fliegen konnten.

Der Vater von KATRIN: Der Astrophysiker Guido Drexlin leitet das Großexperiment zur Bestimmung der Neutrino-Masse. Der KIT-Professor arbeitet dafür mit einem internationalen Kollegenteam zusammen. | Foto: Hora

Das Budget des Großversuchs beträgt 60 Millionen Euro – allein sechs Millionen Euro hat der riesige Edelstahltank gekostet. „Heute würde er wahrscheinlich zwölf Millionen Euro kosten“, sagt Projektleiter Drexlin. Höchst nervenaufreibend war schon der Transport des Riesentanks: Hergestellt wurde er in Deggendorf an der Donau, nur rund 350 Kilometer vom KIT entfernt. Doch ein Transport über die Straßen war unmöglich – also musste der Behälter einen unglaublichen Umweg von rund 8 600 Kilometern über Flüsse und Meere machen, ehe er am Rheinufer bei Leopoldshafen landete. Zehntausende Schaulustige verfolgten dann den Weitertransport durch die engen Dorfstraßen bis zur Forschungsstätte. Dort kann KATRIN nun mit noch imponierenderen Zahlen aufwarten. „Wir erzeugen hundert Milliarden Tritium-Zerfälle pro Sekunde“, erläutert Drexlin eher beiläufig – und fügt hinzu: „Das klingt nach viel, ist aber gar nicht so viel.“

Die Ergebnisse der ersten Vorversuche hat Drexlins Team erst vor zwei Wochen bei einer Konferenz in Kanada präsentiert. „Die Messungen im Juli waren sehr erfolgreich und haben gezeigt, dass das Gesamtexperiment von Anfang an perfekt funktioniert, sogar deutlich besser als erhofft“, berichtet Drexlin. Viel Lob habe es speziell auch von den Physik-Nobelpreisträgern des Jahres 2015, Kajita und McDonald, gegeben. Beide wollen im Juni 2018 zur offiziellen Einweihungsfeier des Experiments kommen. Dann wird Drexlin ihnen gewiss viel von „unserer Katrin“ erzählen.

 Gewinner der Woche:

Hotelpreise der Woche: Einen Aufenthalt im Hotel Dollenberg in Bad Peterstal mit zwei Übernachtungen und Genießeressen in dem Fünf Sterne Superior Haus hat gewonnen: Claudia Fellner aus Karlsruhe.
Einen Gutschein für das Wald-und Schlosshotel Friedrichsruhe, das gerade mit drei neuen „World Luxury Spa Awards“ ausgezeichnet wurde, mit einer Übernachtung Sonntag auf Montag, Abendessen und Frühstück: Wolfgang Engelfried (Stutensee).

Exklusive Sonderführungen: Je zwei Teilnehmerplätze für die Exklusiv-Führung am 20. Oktober zum Großexperiment „KATRIN“ am KIT: Sylvia Boes, Harald Jahnel (beide Wörth), Jutta Gramlich (Sandhausen), Manuela Hage, Nicole MaierGuigas (beide Karlsruhe), Heiko Schneider (Eggenstein-Leopoldshafen), Marcel Schönherr (Kraichtal).
Je zwei Karten für die exklusive Führung im Museum Frieder Burda durch die Ausstellung „Rodney Graham“ am 14. Oktober: Wolfgang Becker (Gaggenau), Thomas Butzke (Bruchsal-Untergrombach), Andreas Meier (Ottersweier), Barbara Maurath (Rheinmünster), Silvia Probst, Sarah Schwiers, Hannes Schulz (alle Karlsruhe), Herbert Rothgänger (Waghäusel), Monika Rübenacker (Oberderdingen), Dorothee Zahalka (Stutensee).

Weitere Wochenpreise: Je zwei Karten für das Stück „Aufguss“ im Kammertheater Karlsruhe und ein Treffen mit den Schauspielern Hugo Egon Balder und Jeanette Biedermann: Bernd Bertsch (Philippsburg), Werner Kull (Bad Herrenalb), Lisa Schüssele (Au am Rhein).
Zwei Eintrittskarten für das Zirkusfestival „Atoll“ am 20. September im Karlsruher Tollhaus : Angelika Kraft (Ettlingen).
Zwei Karten für Kai & Funky von „Ton Steine Scherben“ am 28. September im Rantastic Haueneberstein: Tanja Nock (Kappelrodeck).
Zwei Eintrittskarten für die Badisch Bühn in Karlsruhe: Egon Mößner (Pfinztal).
Zwei Karten für das Palmenparadies der Thermen und Badewelt Sinsheim: Kurt Brunner (Philippsburg).
Fünf Karten für den BNN-Familienblock im Wildparkstadion beim KSC-Spiel gegen die Würzburger Kickers am 14. Oktober: Gerhard Tomescheit (Steinmauern).
Je ein Baden-Württemberg-Ticket der Deutschen Bahn: Günter Böhm (Ettlingen), Felix Fischer (Lauf), Christine Kessler (Karlsruhe), Gert Opitz (Gondelsheim), Gerlinde Stork (Ettlingen).
Je zwei Schlosscards der Staatlichen Schlösser und Gärten : Diana Dammert (Bad Schönborn), Andreas Franz (Graben-Neudorf), Sabine Gutzeit (Eggenstein-Leopoldshafen), Franz Utz (Kuppenheim), Alfred Willy (Bruchsal).
Je zwei Karten für den Gasometer Pforzheim : Theresia Bickel (Graben-Neudorf), Otto Ordnung (Stutensee).
Je eine Familienkarte für die Insel Mainau und das Buch „Zuhause am Bodensee“ (Emons Verlag): Ute Dutzi (Waghäusel), Robert Forai (Karlsruhe), Ursula Gerdes (Ettlingen).
Je zwei Familientickets für die Germersheimfahrt der MS Karlsruhe am 27. August: Helmuth Elgass (Karlsbad), Kurt Firnkes (Forst), Sylvia Müller-Wolff (Ubstadt-Weiher), Carmen Heiberger (Sasbach), Irma Erben (Rheinstetten), Konrad Köstel (Achern).
Fünf Freikarten für das Sea Life Speyer: Kerstin Rick (Kraichtal).
Zwei Tageskarten für das Thermarium Bad Schönborn : Dorle Drausnigg (Ettlingen).
Den Krimi „Mord im Murgtal“ (Verlag Regionalkultur): Birgit Bäuerle (Rastatt), Heinz Geier (Pforzheim), Daniela Kritzer (Kronau), Bernd Schmid (Karlsbad), Sandra Stiern (Ettlingen), Petra Wanten (Bühlertal).                                    Alle Gewinner werden direkt von der Redaktion benachrichtigt und erhalten ihre Gewinne in den nächsten Tagen per Post zugeschickt.

 

 

Das BNN Sommerrätsel

Unser BNN-Sommerrätsel läuft dieses Jahr unter dem Motto „Faszination Technik – von Riesen und Winzlingen“, so heißt das Thema unserer beliebten Sommeraktion. Sechs Rätselfolgen haben wir für Sie vorbereitet, unsere Serie führt Sie zu sehr unterschiedlichen Technik-Attraktionen.

Jede Woche verlosen wir attraktive Preise, von Hotelübernachtungen über Treffen mit Prominenten bis hin zu Eintrittskarten für kulturelle Einrichtungen. Die neue Rätselfrage erscheint jeweils montags in den BNN und die Auflösung verraten wir samstags.

Zudem wird am Ende unter allen richtigen Einsendungen der Sommerhauptpreis verlost – eine Mittelmeer-Kreuzfahrt mit dem Kreuzfahrtschiff AIDAperla.

Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Raten – und viel Glück bei der Verlosung!

Und hier gibt es ein Video vom Sommerrätsel-Hauptpreis: