Met een reusachtige onderzeese detector, grotendeels in Nederland gebouwd, hebben fysici een zogeheten neutrino betrapt met meer energie dan ooit eerder bij zo’n deeltje is gemeten. De vondst stelt wetenschappers voor een raadsel. ‘Wie heeft dít nu weer besteld?’
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
Hij racete door de Middellandse Zee met een energie die fysici nog altijd met de ogen laat knipperen, zo’n 10 duizend keer zoveel als bij wat er zoal rondzoeft in aardse deeltjesversnellers.
‘Ik hou van de experimentele kant van ons vak, en deze meting is een prachtig voorbeeld van wat ons instrument kan. Hoe alles hier samenkomt, is echt heel mooi’, zegt onderzoeker Aart Heijboer van KM3NeT. Dat megalomane onderzeese meetinstrument, overigens voor een groot deel van Nederlandse makelij, betrapte het zogeheten neutrino.
De onderzoekers lichtten hun bijzondere vondst woensdagmiddag toe op drie gelijktijdige persconferenties in Nederland, Italië en Frankrijk. Op hetzelfde moment verscheen het resultaat in het vakblad Nature, waarin de onderzoekers beschrijven hoe hun analyse bevestigde dat wat ze zagen écht was.
Neutrino’s behoren tot de meest ongrijpbare bewoners van de deeltjesdierentuin van moeder natuur. Ze schieten continu in duizelingwekkende aantallen door de aarde, maar daarvan merken we niets. Neutrino’s vertonen namelijk bijna geen wisselwerking met andere materie. Ze zijn, met andere woorden, zo goed als niet te vangen. Het is de reden dat ze onder fysici de bijnaam ‘spookdeeltjes’ kregen.
De enige manier om ze dan toch te zien? De bouw van reusachtige neutrinodetectoren die in tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden niet direct neutrino’s kunnen meten, maar wel indirect, via zogeheten muonen, de zwaardere tegenhangers van de bekendere elektronen.
Muonen komen af en toe vrij wanneer een neutrino bijvoorbeeld diep in de zee botst op een atoomkern. En omdat zo’n muon lichtflitsjes produceert wanneer het door het zeewater beweegt, kunnen de zeer gevoelige detectorenbollen van een neutrinodetector hun passage volgen.
Dat is exact wat zich voltrok bij de KM3NeT-detector. De verzameling bolvormige detectoren, nog altijd in aanbouw, duizenden meters onder de golven van de Middellandse Zee, hangen aan honderden meters lange kabels die op de zeebodem rusten. Straks, na voltooiing, houdt het apparaat een volume van één kubieke kilometer zeewater in de gaten. De delen die af zijn, staan nu al aan.
Op 13 februari 2023 was het raak: plots zagen de onderzoekers een heel energierijk muon door de zee zoeven, vrijwel horizontaal. Na analyse bleek dat het neutrino dat dat muon produceerde er eentje moest zijn voor in de recordboeken: een deeltje met een energie van zo’n 220 miljoen miljard elektronvolt om exact te zijn, uitgedrukt in de eenheid die fysici hanteren voor kleine deeltjes, dertigmaal meer dan de vorige recordhouder.
‘Dat is echt een gevalletje: wie heeft dít nou weer besteld?’, zegt deeltjesfysicus Tristan du Pree van Nikhef, zelf niet bij het onderzoek betrokken. ‘Bij de koffiemachine ging het hier al maanden over. Officieel was dit resultaat nog niet naar buiten gebracht, maar natuurkundigen praten er dan stiekem toch alvast over. En de eerste gedachte bij veel van mijn collega’s was: zat de stekker er misschien niet goed in? Was er ergens een storing?’
Het resultaat was extra opmerkelijk omdat de vergelijkbare neutrinodetector IceCube op de Zuidpool tot nog toe geen neutrino’s met zo’n hoge energie had gezien. ‘En dat zou je wel verwachten als dit soort neutrino’s vaker voorbij komt. Dit lijkt dus een enorme gelukstreffer’, zegt DuPree.
‘Redelijkerwijs zou je misschien wel honderd jaar moeten meten voordat je zo’n deeltje kunt zien’, zegt ook Heijboer.
De onderzoekers gingen op zoek naar plekken waar het neutrino vandaan zou kunnen komen. In hun artikel sommen ze twaalf kandidaten op, allemaal zogeheten actieve sterrenstelsels, waarin de kern vermoedelijk een zwart gat bevat dat deeltjes met enorme energie de kosmos in slingert.
Toch zijn dat niet de enige verdachten. Het gemeten neutrino zou ook een zogenoemd cosmogenic neutrino kunnen zijn, afkomstig uit botsingen van protonen met lichtdeeltjes van de kosmische achtergrondstraling, de nagloed van de oerknal.
‘Maar het echte antwoord is: we weten het niet’, zegt Heijboer. ‘Op dit moment hebben mijn theoretische collega’s vast al meerdere artikelen in voorbereiding met mogelijke verklaringen.’
De meting is beloftevol uit het oogpunt van de ‘multi-messenger astronomie’: de wens om het heelal te bestuderen aan de hand van meer signalen dan alleen het licht dat op telescopen valt.
Zo kijken wetenschappers al naar het heelal via zogeheten zwaartekrachtsgolven, gewiebel in ruimte en tijd, ontstaan doordat zware voorwerpen op elkaar klappen.
Neutrino’s kunnen het volgende venster op de kosmos openen. ‘Dit is natuurlijk pas één deeltje, maar de komende jaren wordt onze detector krachtiger’, zegt Heijboer. En er bestaan al plannen voor nieuwe generaties detectoren. ‘We weten nu zeker dat die apparaten dan ook echt iets gaan zien: zulke energierijke kosmische neutrino’s bestaan en we kunnen ze meten.’
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant