JUNO

JUNO — das Jiangmen Underground Neutrino Observatory — ist der größte Flüssigszintillator-Detektor der Welt. Er liegt 700 Meter unter der Erde in der südchinesischen Provinz Guangdong und hat am 26. August 2025 den Messbetrieb aufgenommen.

Damit ist JUNO das erste Vorhaben der neuen Generation sehr großer Neutrinodetektoren, das tatsächlich Daten nimmt.

Die Frage

Dass Neutrinos Masse besitzen, ist seit 1998 belegt. Unbekannt ist bis heute ihre Reihenfolge.

Aus der Neutrinooszillation kennt man nur die Differenzen der Massenquadrate, nicht die Massen selbst. Zwei Anordnungen sind mit allen Messungen verträglich: Entweder sind zwei Zustände leicht und einer deutlich schwerer — die normale Ordnung —, oder umgekehrt zwei schwer und einer leicht, die invertierte Ordnung.

Diese Frage ist keine Buchhaltung. An ihr hängt, wie aussichtsreich die Suche nach dem neutrinolosen Doppelbetazerfall ist, wie die Kosmologie die Summe der Neutrinomassen einordnet und welche Modelle jenseits des Standardmodells überhaupt in Frage kommen.

Der Kunstgriff: zwei Kraftwerke im selben Abstand

JUNO empfängt Antineutrinos aus zwei Kernkraftwerken, Taishan und Yangjiang. Beide liegen rund 53 Kilometer entfernt — und zwar absichtlich fast genau gleich weit.

Der Grund ist rechnerischer Natur. Bei dieser Entfernung überlagern sich zwei Oszillationen mit sehr verschiedenen Wellenlängen: eine langsame und eine schnelle. Die schnelle erzeugt im Energiespektrum der ankommenden Antineutrinos eine feine Wellenstruktur, und wo genau diese Wellen liegen, hängt von der Massenreihenfolge ab.

Lägen die beiden Kraftwerke unterschiedlich weit entfernt, würden sich ihre Muster gegeneinander verschieben und die feine Struktur verwischen. Deshalb der gleiche Abstand.

Warum das so schwer ist

Diese Wellenstruktur sichtbar zu machen, verlangt eine Energieauflösung, die bisher kein Detektor dieser Größe erreicht hat: rund drei Prozent bei einem Megaelektronenvolt. Zum Vergleich: Frühere Szintillatordetektoren lagen bei sechs bis acht Prozent.

Die Auflösung hängt davon ab, wie viele Photonen je Ereignis eingefangen werden. JUNO treibt deshalb drei Dinge gleichzeitig ans Limit:

Das Volumen. 20.000 Tonnen Szintillator in einer Acrylkugel von 35,4 Metern Durchmesser — der größte durchsichtige Behälter, der je gebaut wurde.

Die Lichtausbeute. Rund 17.600 große Photovervielfacher mit halbem Meter Durchmesser, ergänzt durch etwa 25.600 kleine. Zusammen decken sie fast achtzig Prozent der Kugeloberfläche ab.

Die Reinheit. Der Szintillator muss so sauber sein wie jener von Borexino — nur im siebzigfachen Volumen. Die Reinigungsanlagen dafür sind eigens entwickelt worden.

Was JUNO sonst messen wird

Ein Detektor dieser Größe ist nie nur für eine Frage gut.

Oszillationsparameter. Drei der Größen, die die PMNS-Matrix beschreiben, soll JUNO auf besser als ein Prozent genau bestimmen — genauer als alle bisherigen Messungen zusammen.

Geoneutrinos. Mit dem großen Volumen lassen sich die Antineutrinos aus dem Erdinneren erstmals in nennenswerter Zahl sammeln. Das verschärft die Aussage darüber, wie viel der Erdwärme aus radioaktivem Zerfall stammt.

Sonnenneutrinos. Auch hier setzt das Volumen neue Maßstäbe.

Supernovae. Explodiert ein Stern in unserer Galaxie, erwartet die Kollaboration mehrere tausend Ereignisse innerhalb von Sekunden — mehr als hundertmal so viele wie bei SN 1987A.

Protonenzerfall. JUNO ist auf einen Zerfallskanal empfindlich, den Wasserdetektoren wie Super-Kamiokande schlechter sehen.

Einordnung

Die Kollaboration umfasst mehrere hundert Forschende aus rund zwanzig Ländern, darunter Institute aus Deutschland, Italien, Frankreich und Russland.

Bemerkenswert an JUNO ist die Zielsicherheit der Auslegung. Der Detektor ist nicht allgemein groß gebaut, sondern auf eine bestimmte Zahl hin — den Abstand von 53 Kilometern, bei dem die gesuchte Wellenstruktur am deutlichsten hervortritt. Wenn eine Anlage dieser Größe an einer einzigen Entfernung hängt, zeigt das, wie genau die Physik dahinter durchgerechnet war, bevor der erste Spatenstich erfolgte.

Quellen

JUNO-Kollaboration: JUNO Physics and Detector, Progress in Particle and Nuclear Physics 123, 103927 (2022).
Institute of High Energy Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften: JUNO Completed Liquid Filling and Begins Data Taking, 27. August 2025.