Je leest:

Nobelprijs voor onderzoek aan wispelturige neutrino’s

Nobelprijs voor onderzoek aan wispelturige neutrino’s

Auteur: | 6 oktober 2015

De Nobelprijs voor de Natuurkunde gaat dit jaar naar de Japanner Takaaki Kajita en de Canadees Arthur B. McDonald. De deeltjesfysici ontdekten dat neutrino’s – kosmische deeltjes die ons continu in grote getale bereiken – wisselen tussen drie gedaantes en daarom massa moeten hebben.

Nobel2015phys
Nobelprijswinnaars Natuurkunde 2015, Takaaki Kajita (links) & Arthur B. McDonald (rechts).
Kennislink, via CC 0

Het is moeilijk voor te stellen, maar hou je hand op en elke seconde gaan er ongeveer een biljoen neutrino’s doorheen. Niet dat je daar ook maar iets van merkt, want neutrino’s zijn schuchtere deeltjes en trekken zich nagenoeg niets aan van andere deeltjes. Ze reizen dan ook met vrijwel de snelheid van het licht door alles en iedereen heen.

Toch lukte het wetenschappers als Takaaki Kajita en Arthur B. McDonald om ze onder de loep te nemen. In de jaren ‘90 en ’00 deden ze met grote deeltjesdetectoren zoals de Super-Kamiokande onderzoek aan de vluchtige neutrino’s. Ze ontdekten dat de deeltjes continu wisselen tussen de drie gedaantes die ze kunnen hebben: het elektron-neutrino, muon-neutrino en tau-neutrino. Het feit dat ze continu veranderen is alleen te verenigen met het idee dat neutrino’s massa hebben, iets wat wetenschappers lang voor onmogelijk hielden.

Small

Neutrino’s zijn na fotonen de meest voorkomende deeltjes in het universum. Ze zijn onder andere afkomstig van gewelddadige supernova-explosies (zie afbeelding), van fusieprocessen in de zon, de oerknal én kernreactoren op aarde. In 2011 waren de deeltjes even wereldnieuws toen ze sneller dan licht leken te gaan.

Vanochtend maakt het Nobelprijscomité bekend dat Kajita en McDonald de Nobelprijs voor de Natuurkunde delen voor hun ontdekking die ‘ons begrip voor de werking van materie heeft veranderd en cruciaal kan zijn voor onze kijk op het universum.’

Ondergronds onderzoek

Kajita werkte met de Super-Kamiokande-detector: een pakweg veertig meter hoge en brede cilinder diep onder de grond in een oude Japanse mijn. Gevuld met 50 miljoen liter extreem helder water zijn de pakweg tienduizend lichtdetectoren op de wanden in staat zeldzame interacties tussen een neutrino en een watermolecuul te detecteren. Zo’n gebeurtenis levert namelijk een lichtflitsje op. In 1998 deed Kajita hier de ontdekking dat de gedetecteerde neutrino’s van smaak wisselen.

Super kaminokande2
Twee medewerkers inspecteren de lichtgevoelige detectoren van de Super-Kamiokande-detectors. Ze hebben daarvoor zelfs een bootje moeten opblazen.
Universiteit van Tokyo

McDonald werkte voor Canadese Sudbury Neutrino-observatorium. Een met de Super-Kamiokande vergelijkbare ondergrondse watertank waarmee neutrino’s gedetecteerd kunnen worden. In 2001 deed McDonald ook verslag van de gedaantewisseling van neutrino’s. De veranderlijke aard van neutrino’s betekent dat ze een (waarschijnlijk kleine) massa hebben, de verschillende gedaantes vloeien namelijk voort uit massaverschillen tussen de soorten. Dat was een grote verrassing, sinds de voorspelling van het bestaan van neutrino’s in de jaren ’30 gingen wetenschappers er vanuit dat de deeltjes massaloos zijn.

‘He-le-maal terecht’

Ook nu wordt er nog hard gezocht naar neutrino’s op de meest exotische plaatsen. Bijvoorbeeld met lichtdetectoren op de bodem van de Middellandse Zee of met een observatorium ín het ijs van Antarctica. Een van de wetenschappers die neutrino’s onderzoekt is Dorothea Samtleben, Universitair Hoofddocent van de Universiteit Leiden. Ze is verheugd met de prijs. “Deze prijs is he-le-maal terecht”, laat ze aan de telefoon weten. “Het bracht een geheel onverwachte fundamentele eigenschap van materie aan het licht. Bovendien heeft het veel nieuwe richtingen in het neutrino-onderzoek geopend.”

Icecube2
Op Antarctica speurt de IceCube-detector naar zeldzame interacties van neutrino’s met het poolijs. Het observatorium bestaat uit een groot aantal lichtgevoelige detectoren kilometers onder het ijs.
NSF/S. Lindstrom

“Het feit dat neutrino’s steeds veranderen maakt ze bijzondere deeltjes”, vertelt ze, “het betekent ook dat ze een kleine massa hebben die het gedrag van de deeltjes sterk beïnvloedt. De grootte van de massa is nog steeds een mysterie. Tot nu toe hebben we alleen maar massaverschillen tussen neutrinosoorten. In een van onze experimenten proberen we de grootte van die verschillen preciezer te bepalen. Waarom dat belangrijk is? De neutrino-massa helpt bij het interpreteren van andere waarnemingen aan kosmische objecten.”

Omdat ze vrijwel overal doorheen gaan denken astronomen dat neutrino’s van pas komen om gewelddadige kosmische gebeurtenissen zoals supernova’s, of onze eigen zon te onderzoeken. Wat dat betreft zijn neutrino’s in de toekomst misschien nog wel goed voor meer Nobelprijzen.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 oktober 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.