GRAN SASSO / LONDON (IT BOLTWISE) – LEGEND-1000 soll im Untergrundlabor Gran Sasso in Italien klären, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Im Fokus steht der neutrinolose Doppel‑Beta‑Zerfall von Germanium-76, für den ein Nachweis die Teilchenphysik grundlegend erweitern würde. Für die deutsche Beteiligung haben Wissenschaftsentscheidungen den Weg frei gemacht: MPIK Heidelberg und TUM München steuern zentrale Projektrollen und werden Detektortechnik sowie Kühl- und Abschirmkomponenten weiterentwickeln. Parallel wird das Experiment auch andere seltene Zerfälle und Signaturen jenseits des Standardmodells adressieren.
Wenn es um die grundlegenden Bausteine des Universums geht, ist die Frage nach dem Verhältnis von Materie und Antimaterie eng mit der Teilchenphysik verknüpft. LEGEND-1000, die nächste Phase des Large Enriched Germanium Experiments for Neutrinoless Double Beta Decay, setzt genau dort an: Im Untergrundlabor Gran Sasso (LNGS) in Italien soll ein Großaufbau prüfen, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Das zentrale Messprinzip ist dabei nicht “nur” ein weiterer Spektrometerlauf, sondern die Suche nach einem sehr spezifischen seltenen Prozess – dem neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall von Germanium-76.
Technisch orientiert sich das Projekt an einer klassischen Herausforderung der Neutrinophysik: Signale sind extrem rar, während Störquellen messbar sein können. LEGEND-1000 ist deshalb als Forschungsinfrastruktur mit einem Einsatz von 1000 Kilogramm hochsensitiven Germanium-Detektoren geplant. Diese Detektoren sollen so ausgelegt werden, dass sie das Auftreten des neutrinolosen Doppel‑Beta‑Zerfalls möglichst eindeutig nachweisen oder ausschließen. Genau dieser Nachweis würde anzeigen, dass Neutrinos Majorana-Teilchen sind – also Teilchen, die mit ihren Antiteilchen identisch sein können – und damit eine entscheidende Weiche für Theorien zur Materie-Antimaterie-Asymmetrie stellen.
Der deutsche Beitrag bekommt dabei eine institutionelle Rückendeckung. Der Wissenschaftsrat hat sich laut veröffentlichter Stellungnahme ausdrücklich für eine Beteiligung Deutschlands an LEGEND-1000 ausgesprochen. Die Empfehlung basiert auf einer wissenschaftlichen Begutachtung, die im Rahmen des 2024 initiierten nationalen Priorisierungsverfahrens für umfangreiche Forschungsinfrastrukturen durchgeführt wurde. In diesem Kontext hob das Gremium den erwarteten Nutzen für die breitere Forschungsgemeinschaft in der Teilchen- und Kernphysik hervor, zugleich aber auch den technologischen Effekt, der aus dem konkreten Versuchsaufbau entsteht: LEGEND-1000 soll die Entwicklung hochempfindlicher Detektoren, kryogener Systeme und strahlungsarmer Materialien vorantreiben.
Für die Umsetzung sind zwei Trägerinstitutionen besonders hervorgehoben: Das Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg sowie die Technische Universität München (TUM) übernehmen als deutsche Partner jeweils Projektleitungen. Prof. Susanne Mertens (MPIK) und Prof. Stefan Schö nert (TUM) werden dabei die Trägerschnittstellen und wissenschaftlichen Arbeitspakete federführend mitgestalten. Inhaltlich knüpft LEGEND-1000 an bereits etablierte Experimente an, insbesondere LEGEND-200 und GERDA, die zuvor unter wesentlicher deutscher Beteiligung aufgebaut wurden. Dadurch kann das Projekt nicht bei Null beginnen, sondern Entwicklungszyklen für Detektorgeometrien, Materialauswahl und Signalverarbeitung auf die nächste Skalierungsstufe übertragen.
Was LEGEND-1000 über die reine Neutrinofrage hinaus interessant macht, ist der breite Zugriff auf verwandte Suchkanäle. Neben dem neutrinolosen Doppel‑Beta‑Zerfall adressiert das Experiment die Suche nach Dunkler Materie, nach astrophysikalischen Neutrinos sowie nach seltenen Zerfallsprozessen und weiteren Phänomenen jenseits des Standardmodells. Diese “Mehrzweck”-Perspektive ist in der Praxis wichtig, weil Detektorsysteme, Kalibrierprozeduren und Untergrundreduktion meist nicht nur für ein einzelnes Signaloptimierungsziel optimiert werden können. Umgekehrt profitieren auch Folgeanalysen von den gleichen Hard- und Softwarefähigkeiten – etwa wenn neue Ereignisklassen auf der Basis bereits bestehender Datenströme nachverfolgt werden sollen.
Auch für Industriepartner ist die technische Richtung klar genug, um konkrete Entwicklungslinien abzuleiten. Der Hinweis auf potenzielle Anwendungsmöglichkeiten reicht von Umweltüberwachung und Strahlungsdetektion bis hin zu medizinischer Bildgebung sowie zu Perspektiven im Umfeld von Quantencomputing. Entscheidend ist dabei weniger die ferne Anwendung, sondern die unmittelbare Lieferkette für hochpräzise Komponenten: strahlungsarme Materialien, kryogene Systemtechnik und Detektorkomponenten mit hoher Empfindlichkeit sind bereits in den Experimenten selbst eng gekoppelt an Qualitäts- und Prozessstandards. Dass laut Projektbeschreibung zudem mehrere deutsche und europäische Unternehmen an Entwicklung und Installation beteiligt sind, deutet darauf hin, dass sich Know-how aus der Grundlagenmessung in wiederverwendbare Produktions- und Messtechnologien übersetzen lässt.
In der Summe zeigt LEGEND-1000, wie stark Forschungsgroßinstrumente heute zugleich Physikziele und Innovationspfade tragen. Für die Teilchenphysik bedeutet das Projekt einen direkten Test einer Kernannahme zu Neutrinos, mit möglichen Konsequenzen für Modelle zur Entstehung des heutigen Materieüberschusses. Für die Technologieentwicklung in Deutschland und Europa eröffnet es einen planbaren Rahmen, in dem Detektor- und Kryotechnik nicht als isoliertes Einzelprojekt entsteht, sondern entlang eines messbaren Forschungsprogramms weiterentwickelt wird. Ob LEGEND-1000 letztlich den neutrinolosen Doppel‑Beta‑Zerfall sichtbar macht oder ihn mit immer schärferen Grenzen belegt, wird damit nicht nur die Theorielandschaft beeinflussen, sondern auch die nächste Generation experimenteller Plattformen für seltene Prozesse prägen.
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