WELCHES NEUTRINO IST DAS SCHWERSTE? JUNO NEIGT ZU EINER ANTWORT

Neutrinos sind bekanntermaßen schwer zu fangen. Die Entdeckung, dass sie „oszillieren“ – also unterwegs ihren Typ wechseln –, bewies, dass sie eine Masse haben. Es gibt drei Typen (oder „Flavours“) von Neutrinos, und jeder ist eine Mischung aus drei Massenzuständen. Physiker haben gemessen, wie weit diese Massen auseinanderliegen. Sie wissen aber immer noch nicht, in welcher Reihenfolge sie kommen.

Zwei Möglichkeiten bleiben. Bei der normalen Ordnung ist der dritte Massenzustand schwerer als der erste; bei der invertierten Ordnung ist er leichter. Experimente mit Beschleunigerstrahlen und mit Neutrinos aus der Atmosphäre untersuchen die Frage über die Art, wie Materie die Oszillationen verbiegt, doch ihre Antwort ist mit anderen Unbekannten verwoben. Das Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) geht anders vor: über die reine Vakuumoszillation von Antineutrinos, die aus Kernreaktoren kommen.

Eine Riesenkugel unter einem Hügel

JUNO liegt unter dem Dashi-Hügel in Guangdong, China, unter 650 Metern Gestein. Sein Herzstück sind 20.000 Tonnen Flüssigszintillator – eine Flüssigkeit, die aufleuchtet, wenn ein Teilchen sie durchquert – in einer Acrylkugel, die von etwa 17.600 großen und 25.600 kleinen Lichtsensoren überwacht wird.

Die Antineutrinos stammen aus den acht Reaktorkernen der Kernkraftwerke Yangjiang und Taishan, im Mittel 52,5 Kilometer entfernt. Trifft eines ein Proton, entstehen ein Positron und ein Neutron. Der Blitz des Positrons liefert die Energie; der Einfang des Neutrons einen Augenblick später bestätigt das Ereignis.

In dieser Entfernung trägt das Energiespektrum eine langsame Welle mit schnellen Kräuselungen darauf. In den Kräuselungen steckt die Massenordnung. Sie zu lesen erfordert eine außergewöhnliche Energieauflösung – etwa 3,5 % im Zentrum des Detektors – und eine perfekte Kenntnis des Reaktorspektrums vor jeder Oszillation. Erstmals nutzte das Team dafür einen kleinen Detektor direkt neben einem Taishan-Reaktorkern, TAO.

Energiespektrum der 8.294 Ereignisse: Die Daten (schwarz) liegen weit unter dem, was ohne Oszillation zu sehen wäre (grau). — Abbildung 3, JUNO-Kollaboration (2026), arXiv:2609.37895.

207 Tage, 8.294 Antineutrinos

Die Analyse umfasst 207,2 Tage an Daten, vom 30. August 2025 bis zum 18. Mai 2026 – mehr als dreimal so viel wie die erste JUNO-Analyse. Sie wurde verblindet durchgeführt, und drei unabhängige Gruppen führten sie parallel mit übereinstimmenden Ergebnissen durch.

• Die „solaren“ Parameter, die die langsame Welle bestimmen, erreichen 2,1 % und 1,1 % Genauigkeit: die präzisesten Messungen der Welt, nun nochmals verbessert.
• Den großen Massenabstand Δm²₃₁ misst JUNO zum ersten Mal, auf etwa 1 %: +2,509 × 10⁻³ eV² bei normaler Ordnung, −2,482 × 10⁻³ eV² bei invertierter.

Mit dieser Datenmenge sieht JUNO allein noch mehrere mögliche Lösungen für diesen Abstand; eine frühere Messung des Daya-Bay-Experiments wählt die richtige aus, und JUNO legt die Genauigkeit fest.

Ein Hinweis auf „normal“

Um die beiden Ordnungen abzuwägen, nahm das Team die von Beschleunigerexperimenten gemessenen Werte des Massenabstands hinzu. Die Spannung zwischen Reaktor- und Beschleunigerergebnissen ist unter der invertierten Hypothese größer. Ergebnis: Die invertierte Ordnung wird mit 2,1 Sigma benachteiligt (ein p-Wert von etwa 2 %), unabhängig vom Wert der unbekannten CP-Phase. Eine unabhängige Bayes’sche Analyse ergibt Chancen von 10,18 zu 1 zugunsten der normalen Ordnung.

Oben: der gemessene Wert (gestrichelte Linie) im Vergleich zu simulierten Experimenten für jede Ordnung. Unten: die Bayes’sche Analyse, mit einem Faktor von 10,18 für die normale Ordnung. — Abbildung 8, JUNO-Kollaboration (2026), arXiv:2609.37895.

Die Kollaboration nennt es einen „Hinweis“, den ersten von JUNO. Eine echte Entdeckung erfordert eine viel höhere Signifikanz und weitere Jahre an Daten. Nebenbei maß der Detektor auch den Fluss von Geoneutrinos – Antineutrinos aus Uran und Thorium im Erdinneren – mit der nach Angaben der Autoren größten jemals gesammelten Stichprobe von Kandidaten.

Zur JUNO-Kollaboration gehören 62 Institutionen, darunter das Institut für Hochenergiephysik in Peking.