Der weite Weg zu 5 Sigma

Der Raum für statistischen Zufall ist hier jedoch ebenfalls noch groß, zumindest für die strengen Maßstäbe der Teilchenphysik. Von einem unumstößlichen Nachweis sprechen Forscher erst ab einer Signifikanz von »5 Sigma«, also einer Fehlerwahrscheinlichkeit von 1 zu 3,5 Millionen.

Statistische Zweifel hin oder her: Gemeinsam wirken die Ergebnisse der Experimente jedoch wie eine spannende Fährte, meinten Experten auf der Neutrinokonferenz. »Es sieht so aus, als würde sich sowohl hier als auch da ein Signal aus den Daten herausschälen«, kommentiert Werner Rodejohann vom Max-Planck-Institut für Kernphysik. Und auch Morgan Wascko vom Imperial College London, einer der Leiter von T2K, gab sich bei der Präsentation der Daten optimistisch: »Die CP-Verletzung im Neutrinosektor ist in Reichweite.«

Die Forscher haben jedoch noch viele Jahre Arbeit vor sich, um den Unterschied zwischen Neutrinos und Antineutrinos dingfest zu machen. T2K wird momentan aufwändig modernisiert, und auch bei NOvA stehen Verbesserungen an. Vermutlich wird man frühestens Mitte der 2020er Jahre genügend Daten für einen sicheren Nachweis der CP-Verletzung haben – sofern die jeweiligen Ausbauten wirklich finanziert werden und die mutmaßlichen Signale nicht wieder im statistischen Rauschen verschwinden.

Ein weiteres Puzzleteil fehlt noch

Und vollständig erklären könnte man die Materiedominanz im frühen Universum auch mit der CP-Verletzung bei Neutrinos noch nicht, selbst wenn diese den größtmöglichen Wert annimmt. Dazu müsste man auch noch beweisen, dass der so genannte »Seesaw«-Mechanismus in der Natur vorkommt. Er gilt als das plausibelste Szenario für den Ursprung der Masse der Neutrinos, die viel geringer ist als die aller anderen bekannten Teilchen.

Demnach gab es kurz nach dem Urknall noch andere Arten von Neutrinos und Antineutrinos, welche bei der Gewichtsverteilung im frühen Universum den deutlich größeren Anteil abbekommen haben und so die Masse ihrer Geschwister klein hielten. Diese schweren Neutrino- und Antineutrinovarianten müssten jedoch instabil gewesen und rasch in andere Partikel zerfallen sein. Würden sie die CP-Symmetrie in ähnlichem Maße wie die leichteren Neutrinos verletzen, wäre das eine elegante Erklärung für den Materieüberschuss im heutigen Weltall, finden Physiker.

Die große Majorana-Frage

So weit die Theorie. Damit der Seesaw-Mechanismus stattfinden kann, müssen Neutrinos jedoch noch eine andere Eigenschaft haben: Sie müssen so genannte Majorana-Partikel sein, die sich von ihren Antiteilchen praktisch nicht mehr unterscheiden lassen. In diesem Fall käme es in manchen Atomkernen zu einem sehr seltenen radioaktiven Zerfall, dem »neutrinolosen Doppel-Betazerfall«, nach dem Experimentatoren seit Jahren denn auch fieberhaft suchen.

All diese Naturmechanismen lägen außerhalb des Standardmodells der Teilchenphysik, mit dem Wissenschaftler seit Jahrzehnten sehr erfolgreich den Mikrokosmos beschreiben – das sie aber verzweifelt durch eine noch umfassendere Theorie ersetzen wollen. Von Neutrinos erhoffen sich die Physiker daher wichtige Impulse in der Frage, wie diese aussehen könnte.