Steriles Neutrino

Das sterile Neutrino ist ein hypothetisches Elementarteilchen, das nicht den fundamentalen Wechselwirkungen des Standardmodells, sondern nur der Gravitation und gegebenenfalls bislang noch unbekannten Wechselwirkungen unterworfen ist. Es handelt sich dabei um ein rechtshändiges Neutrino. Rechtshändige Neutrinos könnten Majorana-Fermionen sein, falls sie eine Majoranamasse^[1][2] haben.

Solche Teilchen gehören zu einer Singulett-Darstellung der starken und der schwachen Wechselwirkung; ihre schwache Hyperladung, ihr schwacher Isospin und ihre elektrische Ladung sind jeweils Null. In einer Großen vereinheitlichten Theorie (GUT) wie dem Georgi-Glashow-Modell wechselwirken sie via Eichbosonen, die bei gewöhnlichen, d. h. relativ niedrigen, Energien wegen ihrer extrem hohen Masse sehr stark unterdrückt sind. Im Fall von Supersymmetrie hätte das sterile Neutrino einen linkshändigen Superpartner, auch steriles Sneutrino genannt (das normale Neutrino ist linkshändig und das normale Sneutrino rechtshändig).

Welche Auswirkungen die Existenz von sterilen Neutrinos hat, hängt stark von ihrer Masse ab.^[3] Die Existenz leichter steriler Neutrinos, deren Masse mit der der bekannten Neutrinos vergleichbar ist, wurde seit der Postulierung ihrer Existenz 1996 häufig im Zusammenhang mit der Reaktor-Neutrino-Anomalie^[4], den Beschleunigerexperimenten LSND und MiniBooNE sowie den Ergebnissen von Messungen mit Neutrinoquellen diskutiert. Im Jahr 2023 bestätigte das STEREO-Experiment die Reaktor-Neutrino-Anomalie, schloss eine Erklärung durch sterile Neutrinos jedoch aus.^[5]

Wenn sie deutlich schwerer als die bekannten Neutrinos sind, können sterile Neutrinos durch den Seesaw-Mechanismus die Massen der leichten Neutrinos erzeugen und so eines der großen Rätsel der Teilchenphysik lösen. Schwere sterile Neutrinos könnten auch die (kalte oder warme) dunkle Materie oder die Baryonenasymmetrie des Universums durch Leptogenese erklären. Solche schweren Neutrinos können an Teilchenbeschleunigern gesucht werden, sofern ihre Masse im Bereich der erreichbaren Kollisionsenergien liegt.

• Neutrinooszillation

1. ↑ Brandon Enright: Majorana mass vs Dirac Mass. Stand: 1. März 2014.
2. ↑ Boris Kayser: Neutrino Masses and Majorana Neutrinos. Auf: Harish-Chandra Research Institute, Indien. Dezember 2016.
3. ↑ Marco Drewes: The phenomenology of right handed neutrinos. In: International Journal of Modern Physics E. Band 22, Nr. 8, 2013, S. 1330019–593, doi:10.1142/S0218301313300191, arxiv:1303.6912, bibcode:2013IJMPE..2230019D. 
4. ↑ G. Mention et al.: The Reactor Antineutrino Anomaly. In: Phys. Rev. D. Band 83, Nr. 7, 2011, doi:10.1103/PhysRevD.83.073006, arxiv:1101.2755. 
5. ↑ Katharina Menne: Uran-Experiment widerlegt Existenz von sterilen Neutrinos. In: spektrum.de. 11. Januar 2023, abgerufen am 25. Juli 2023. 

• Experiment Nixes Fourth Neutrino (April 2007 Scientific American)
• Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST):
  • Vladislav V. Barinov, Bruce T. Cleveland, S. N. Danshin, Hiroyasu Ejiri et al: Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST). In: Physical Review Letters, Band 128, S. 232501, 9. Juni 2022. Dazu: arXiv:2109.11482, ResearchGate (Preprint). September 2021, Stand: v2 vom 30. März 2022.
  • Vladislav V. Barinov, Bruce T. Cleveland, S. N. Danshin, Hiroyasu Ejiri et al: Search for electron-neutrino transitions to sterile states in the BEST experiment. In: Physical Review C, Band 105, S. 065502, 9. Juni 2022. Dazu: arXiv:2201.07364 (Preprint). 19. Januar 2022, Stand: v3 vom 7. Mai 2022.
  • Mike McRae: A 'Very Exciting' Anomaly Detected in Major Experiment Could Be Huge News For Physics. Auf: science^alert vom 17. Juni 2022.
  • Deep Underground Experiment Results Confirm Anomaly: Possible New Fundamental Physics. Auf: SciTechDaily vom 18. Juni 2022. Quelle: Los Alamos National Laboratory.
• MiniBooNE und MicroBooNE:
  • C. A. Argüelles, I. Esteban, M. Hostert, K. J. Kelly, J. Kopp, P. A. N. Machado, I. Martinez-Soler, Y. F. Perez-Gonzalez: MicroBooNE and the ν_e Interpretation of the MiniBooNE Low-Energy Excess. In: Physical Review Letters, Band 128, S. 241802, 13. Juni 2022. Dazu:
  • Elizabeth Worcester; Neutrino Mystery Endures. In: APS Physics, Band 15, Nr. 85, 13. Juni 2022 (Kommentar).
  • Katharina Menne: Der Traum vom sterilen Neutrino bestätigt sich nicht. Auf: spektrum.de vom 15. Juni 2022.
• M. A. Acero, C. A. Argüelles, M. Hostert, D. Kalra, G. Karagiorgi, K. J. Kelly, B. R. Littlejohn, P. Machado, W. Pettus, M. Toups et al.: White paper on light sterile neutrino searches and related phenomenology. In: Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, Band 51, Nr. 120501, 29. Oktober 2024; doi:10.1088/1361-6471/ad307f (englisch). Dazu:
  • Michael Miller: The Mysterious Science Experiment That Could Answer Why We Exist. Auf: SciTechDaily vom 15. Dezember 2024 (englisch).