Bestimmung der Majorana-Neutrino-Masse im neutrinolosen Doppelten Betazerfall.

Eine der großen Unbekannten im Standard-Modell der Elementarteilchen ist die Electron-, Muon- und Tauon-Neutrinomasse. Nach den neusten Messungen und Analysen sollte die Elektron-Neutrinomasse kleiner als 1 Elektronenvolt sein. Warum ist sie so extrem klein. 

Das Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung der Majorana-Neutrino-Masse durch den neutrinolosen Doppelten Betazerfall. Hierfür muss das Neutrino ein Majorana-Teilchen, d.h. identisch mit dem Antiteilchen sein. Hierzu ist die Bestimmung der Zerfallzeit  und des Matrix-Elementes für den Übergang notwendig. Unsere experimentellen Kollegen aus Tübingen, zusammen mit Gruppen aus Heidelberg und München, versuchen im Experiment GERDA im Untergrundlabor Gran Sasso in Italien die Lebendauer für den Zerfall  76Ge --> 76Se + 2 e- zu messen. Für dieses Project bestimmen wir das Matrix-Element für den Zerfall in den Grundzustand 0+ und den angeregten Zustand 2+ des Endkerns. Nur mit beiden Informationen lebendauer und Matrixelement lässt sich die Majorana-Neutrinomasse bestimmen. 

Die Kernstrukturrechungen werden mit der Quasi-Particle-Random-Phase- Methode (QRPA) berechnet. In der Beschreibung wird die Isospin-Symmetrie wiederhergestllt, die in QRP verletzt wird. 

Da die experimentellen daten bisher noch keinen neutrinolosen doppeltenbetazerfall gemessen haben, kann kein Neutrinomasse angegeben werden. Die obere Grenze der Elektron-Majorana-Neutrinomasse extrahiert aus der oberen Grenze der Übergangswahrscheinlichkeit mit unseren Matrixelementen liegt bei etwa 1 Elektronenvolt. 

Involviert in dieses Vorhaben sind Fedor Simkovic, Bratislava, und Gong Liang Fang, Chinese Academy of Science, Lanzhou, China.

Bestimmung der Elektron-Neutrinomasse durch Electron -Einfang.

Unabhängig, ob das Neutrino "Majorana" , identisch mit dem Antiteilchen, oder "Dirac", unterschiedlich vom Antiteilchen, ist kann man die Elektron-Neutrinomasse durch Electroneinfang eines im atom gebundenen Electrons bestimmen.

              163Ho + gebundenes Elektron -->  atomar angeregtes 163Dy* + Neutrino

Die energie, die für diesen Zerfall zur Verfügung steht ist der Q-Wert, der duch die Differenz der Massen von den Grundzuständen  163Ho und 163Dy  bestimmt ist. Diese Energy wird im Electroneinfang zwischen der atomaren Anregung von Dy und der kinetische plus Ruhe-Energie des Neurinos verteilt. Die Differenz des Q-Wertes und der maximale Anregung vom Dy-Atom, die durch den atomaren Zerfall gemessen wird, ist dann die Neutrinomasse, da das neutrino als minimale enrgie seine Ruheenergie E = Neutrinomasse x Lichtgeschwinkeit zum Quadrat benötigt. 

wir sind mitglied eines DFG-Forschungschwerpunktes, der in Heidelberg angesiedelt ist, wo die Messungen statt finden.  Die hierzu notwendigen Berechnungen zur extrktion der Neutrinomasse werden in diesem Projekt in Tübingen durchgeführt. Beteiligt sind Fedor Simkovic, Bratislava und Loredana Gastaldo, Heidelberg für die Messungen.