Studie legt nahe, dass Germaniumisotope tatsächlich eine Halbwertszeit von 11 Tagen haben

Die Suche nach dem schwer fassbaren Neutrino nimmt viele Formen an. Detektoren, die aus vielen Tonnen Gallium bestehen, werden in mehreren Experimenten verwendet, da Neutrino-Wechselwirkungen am stabilen Gallium-71-Atomkern (71Ga) auftreten können und ihn in ein radioaktives Isotop von Germanium (71Ge) mit einer Halbwertszeit von 11 Tagen umwandeln, das dann mit herkömmlichen Strahlungsdetektoren beobachtet werden kann.

Allerdings wurde beobachtet, dass die Rate der 71Ge-Produktion aus diesen Wechselwirkungen hinter den Erwartungen zurückblieb. Dies hat sich als die sogenannte „Gallium-Anomalie“ herausgestellt – eine signifikante Diskrepanz, die auftritt, wenn Elektron-Neutrinos Gallium bombardieren und 71Ge produzieren.

Diese Anomalie kann mit den aktuellen Theorien nicht erklärt werden. Daher wurde spekuliert, dass es sich um ein Anzeichen dafür handeln könnte, dass sich das Neutrino in andere exotische Teilchen verwandeln kann, wie etwa sterile Neutrinos, die noch weniger mit Materie interagieren als ein normales Neutrino. Sollte sich dies bestätigen, wäre dies eine gewaltige Entdeckung.

Kürzlich wurde die Vermutung geäußert, dass diese Anomalie auch durch eine banalere Ursache erklärt werden könnte – nämlich eine falsch gemessene Halbwertszeit des 71Ge-Kerns. Der Grund hierfür ist, dass die vorhergesagte Rate der Neutrino-Wechselwirkungen von dieser Halbwertszeit abhängt.

Um diese mögliche Erklärung für die Galliumanomalie zu testen, hat ein Team von Wissenschaftlern der Nationallaboratorien Lawrence Berkeley und Lawrence Livermore die Halbwertszeit von 71Ge mithilfe einer Reihe sorgfältig durchgeführter Messungen bestimmt, darunter zwei Messungen parallel zu anderen langlebigen radioaktiven Isotopen mit bekannten Halbwertszeiten. Die Forschung erscheint in Körperliche Überprüfung C.

Dem Team gelang es, die Halbwertszeit von 71Ge mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die etwa viermal besser ist als bei jeder vorherigen Messung. Die Arbeit schließt die Fehlmessung von 71Ge als Erklärung für die Anomalie aus, die somit einen anderen Ursprung haben muss – möglicherweise in der Existenz eines vierten Neutrinotyps, eines sterilen Neutrinos.

„Die von unserem Team ermittelte neue Halbwertszeit bestätigte die früheren Ergebnisse, stellte sie aber auf eine viel solidere Grundlage und schloss die mögliche Erklärung, dass die fehlenden Neutrinos stattdessen auf eine falsche 71Ge-Halbwertszeit zurückzuführen waren, endgültig aus“, sagte LLNL-Wissenschaftler und Hauptautor Nick Scielzo. „Daher bleibt die Galliumanomalie ein wahres Rätsel – eines, für dessen Verständnis möglicherweise noch eine Art unerwartetes neues Neutrinoverhalten erforderlich ist.“

Zu den anderen LLNL-Autoren der Studie gehören Narek Gharibyan, Ken Gregorich, Brian Sammis, Jennifer Shusterman und Keenan Thomas.