“Ik gebruik licht om met een detector op een van de donkerste plekken op aarde – de bodem van de Middellandse Zee – signalen op te vangen van deeltjes uit het heelal. Deze neutrino-astronomie is een heel nieuw vakgebied, dat ons beeld van het universum completer zal maken.
Na mijn promotie als deeltjesfysicus ben ik gaan werken als experimenteel kosmoloog. Het universum werd mijn werkterrein. In de Verenigde Staten deed ik onderzoek naar kosmische achtergrondstraling. Licht dat niet van één ster afkomstig is, maar een restverschijnsel van de oerknal. Aan de hand van patronen in achtergrondstraling kun je een soort foto maken van het heelal vlak na zijn ontstaan.
Dorothea Samtleben promoveerde in Hamburg in de deeltjesfysica. Ze was postdoc in Chicago en Bonn en werkt sinds 2010 als gastonderzoeker bij het Nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef. Ze doceert als universitair hoofddocent quantumfysica en optica aan de Universiteit Leiden.
Nu heb ik lichtdeeltjes als boodschappers uit het universum ingeruild voor neutrino’s. Dat zijn bijna gewichtloze, ongeladen deeltjes uit het heelal. Ze zijn waarschijnlijk afkomstig van explosies in verre sterrenstelsels, maar eigenlijk weten we daar nog heel weinig van.
Sinds IceCube, een grote detector in het ijs van de Zuidpool, er twee jaar geleden voor het eerst in slaagde neutrino’s van buiten de dampkring te detecteren, is er veel interesse om er meer over te weten te komen. Het voordeel van neutrino’s is dat ze door hun gebrek aan lading veel minder snel geabsorbeerd worden dan fotonen. Ze kunnen enorme afstanden overbruggen en leggen daarbij een rechte baan af. Dus wanneer je eenmaal een neutrino waarneemt, kun je goed herleiden waar hij vandaan komt en als het ware diep in een explosie kijken.
De keerzijde van de medaille is dat neutrino’s juist door hun zwakke wisselwerking heel moeilijk te detecteren zijn. Je hebt enorme detectoren nodig op plekken waar het heel donker is. Diep in het Zuidpoolijs of op de bodem van de oceaan is het niet alleen donker, maar is de detector ook afgeschermd van andere deeltjes die voor achtergrondruis zorgen. Wanneer een neutrino reageert met een atoomkern van het water, kan er een deeltje ontstaan dat in water sneller beweegt dan licht in water beweegt. Dat geeft een blauwe straling, het zogenaamde Cherenkov-effect. Het is dus dankzij licht dat we neutrino’s kunnen zien.
Onze kleine neutrinodetector Antares staat bij de Franse kust en levert inmiddels spannende data op. Maar we weten niet zeker of de neutrino’s die we hiermee zien van buiten de atmosfeer komen. Om hier achter te komen is een gevoeliger detector nodig. Intussen speelt Nikhef een sleutelrol bij de bouw van een nieuwe, grotere en gevoeligere neutrinodetector: KM3NeT. Als die af is kan het vakgebied van de neutrino-astronomie echt beginnen.
We hopen met de nieuwe detector méér neutrino’s te kunnen zien. Dat zal een heel nieuwe kijk geven op de geschiedenis van het heelal, een goede aanvulling op het beeld dat we al hebben. Vergelijk het met een foto waarin je eerst alleen rood licht kunt zien en nu zie je ook het groene. Dat geeft een completer beeld."
Dorothea Samtleben vertelt meer over neutrino-astronomie.