Es ist eine der großen Fragen der modernen Physik: Wie schwer sind Neutrinos? Bis heute ist es Wissenschaftlern nicht gelungen, die Massen der flüchtigen Elementarteilchen zu bestimmen, von denen drei Varianten bekannt sind (Physiker sprechen von Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos). Und das, obwohl das genaue Gewicht eine wesentliche Rolle spielt, wenn man die Entwicklung des Universums verstehen will – schließlich wurden Myriaden von Neutrinos im Urknall erzeugt und flitzen bis heute durchs All.

Nur so viel steht fest: Die Masse eines einzelnen Neutrinos ist winzig. Maximal 0,23 Elektronvolt (die gängige Maßeinheit für Elementarteilchen) bringen Myon-, Elektron- und Tau-Neutrino gemeinsam auf die Waage, was nicht mal zwei Millionsteln der Masse eines Elektrons entspräche. Diese Obergrenze leiten Wissenschaftler aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ab, einer Art Nachglimmen des Urknalls. Wie schwer die Geisterteilchen exakt sind, geht aus bisher verfügbaren Messdaten leider nicht hervor.

Ein chinesisches Team um Hao-Ran Yu von der Beijing Normal University präsentiert eine neue Herangehensweise an das Problem: Die Forscher wollen in Zukunft bei groß angelegten Durchmusterungen des Nachthimmels detailliert untersuchen, wie die Materie im Umfeld von Galaxien verteilt ist. Aus der Form dieser »Halos« ließen sich Rückschlüsse auf die Neutrinomassen ziehen, schreiben die Astronomen in »Nature Astronomy«.

Das Kalkül dahinter: Die Schwerkraft heutiger Galaxien müsste die im Urknall erzeugten Neutrinos anziehen. Trotz ihrer winzigen Masse und großen Geschwindigkeit müssten sich etliche der Partikel im Umfeld der Sterninseln ansammeln, wo sich sonst vor allem dichte Schwaden kalter Dunkler Materie ballen. Mit aufwändigen Simulationen an einem Supercomputer namens Tianhe-2 konnte das chinesische Team zeigen: Das Gewicht der Neutrinos hat einen Einfluss auf die Masseverteilung in den galaktischen Vorhöfen. Ein Einfluss, der möglicherweise auch messbar sein könnte.

Die Wissenschaftler geben allerdings zu bedenken, dass ihre Simulationen nicht alle Phänomene berücksichtigen, die im Vorhof von Galaxien eine Rolle spielen. Es könnte in der Realität also schwierig sein, den Einfluss der Neutrinomassen von anderen Effekten zu unterscheiden. Und vielleicht gelingt der Durchbruch auch an anderer Stelle: Neue Instrumente sollen Feinheiten der kosmischen Hintergrundstrahlung sowie die Entwicklung des Kosmos genauer als bisher vermessen, was die Neutrinomassen weiter eingrenzen könnte. Und das KATRIN-Experiment in Karlsruhe will die Masse einer Neutrinovariante sogar im Labor bestimmen.