De neutrino is een van de meest ongrijpbare deeltjes in het universum, op de tweede plaats na de supermysterieuze donkere materie. Ze nemen deel aan de zwakke nucleaire interactie en zijn verantwoordelijk voor kernfusie en verval. Telkens wanneer er iets nucleair gebeurt, zijn er neutrino's. De kern van de zon is bijvoorbeeld een gigantische kernfusiereactie, dus die produceert natuurlijk behoorlijk wat neutrino's. Wetenschappers zeggen dat als je je duim naar de zon zou kunnen houden, er elke seconde ongeveer 60 miljard neutrino's door je duimnagel zouden gaan. Maar neutrino's hebben zo weinig interactie met materie dat, ook al gaan er elke seconde biljoenen en biljoenen door je lichaam, het totale aantal neutrino's dat je lichaam tijdens je leven daadwerkelijk zal raken, niet meer dan één is.
Neutrino's zijn zo spookachtig dat natuurkundigen tientallen jaren hebben aangenomen dat deze deeltjes helemaal geen massa hebben en met de snelheid van het licht door het heelal reizen. Recente studies hebben aangetoond dat er maar weinig neutrino's zijn, maar ze zijn belangrijk. De exacte hoeveelheid massa is het onderwerp van actief wetenschappelijk onderzoek. Er zijn drie soorten neutrino's: het elektron-neutrino, het muon-neutrino en het tau-neutrino. Elk is betrokken bij verschillende soorten kernreacties, en helaas hebben alle drie de soorten neutrino's het griezelige vermogen om tijdens het reizen van identiteit te veranderen.
Neutrinomassa heeft geen verklaring in het standaardmodel van de deeltjesfysica, onze huidige en beste theorie van fundamentele interacties. Dus natuurkundigen willen twee dingen doen: de massa's van de drie soorten neutrino's meten en begrijpen waar deze massa's vandaan komen. Dit betekent dat ze veel experimenten moeten uitvoeren.
Het Kamiokande-experiment in Japan maakte het bijvoorbeeld mogelijk om neutrino's te detecteren die werden uitgezonden door de supernova 1987A. Hiervoor hadden ze een tank nodig met meer dan 50 ton water. Het neutrino-observatorium IceCube op Antarctica besloot de lat hoger te leggen. Dit observatorium bestaat uit een massieve kubieke kilometer ijs op de Zuidpool, met tientallen reeksen ontvangers ter grootte van de Eiffeltoren die een kilometer in het ijs zijn ondergedompeld. Na tien jaar in bedrijf te zijn geweest, heeft IceCube enkele van de meest energetische neutrino's in de geschiedenis gedetecteerd en de eerste stappen gezet om hun oorsprong te vinden.
Ook interessant:
- De eerste deeltjes in het heelal zijn nagemaakt. Spoiler alert: ze zien er raar uit
- Oekraïense natuurkundigen namen deel aan de ontdekking van een nieuw elementair deeltje - de oderon
Waarom gebruiken zowel Kamiokande als IceCube zoveel water? Wetenschappers zeggen dat een groot stuk van bijna alles een neutrinodetector kan zijn, maar zuiver water is ideaal. Wanneer een van de biljoenen passerende neutrino's in botsing komt met een willekeurig watermolecuul, zendt het een korte lichtflits uit. De observatoria bevatten honderden fotoreceptoren en door de zuiverheid van het water kunnen deze detectoren zeer nauwkeurig de richting, hoek en intensiteit van de flits bepalen (als het water onzuiverheden zou bevatten, zou het moeilijk zijn om te reconstrueren waar de flits vandaan kwam in de ruimte). volume).
Deze studies zijn geschikt voor zoekopdrachten naar gewone, "alledaagse" neutrino's. Maar de meest energetische neutrino's zijn uiterst zeldzaam - en ze zijn het meest fascinerend en interessant omdat ze alleen kunnen worden veroorzaakt door de grootste gigantische gebeurtenissen in het universum.
Helaas kon alle kracht van IceCube, na tien jaar observatie, slechts een handvol van deze superkrachtige neutrino's vangen. Het team van het Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE)-initiatief heeft voorgesteld om van een geïsoleerd maar uitgestrekt stuk van de Stille Oceaan een neutrinodetector te maken. Aangenomen wordt dat lange, kilometerslange reeksen fotodetectoren naar de bodem van de oceaan zullen worden neergelaten, met drijvers eraan vastgemaakt, zodat de detectoren verticaal in het water staan, als gigantische mechanische algen.
Momenteel bevat het P-ONE-ontwerp zeven clusters met 10 snaren, elk met 20 optische elementen. Dit zijn in totaal 1400 fotodetectoren die op een afstand van enkele kilometers in de Stille Oceaan drijven. Wanneer de neutrino's het oceaanwater raken en een kleine flits maken, kunnen de detectoren het volgen.
Maar de Stille Oceaan is verre van schoon, er drijft zout, plankton en allerlei soorten visafval rond. Dit zal het gedrag van het licht tussen de filamenten veranderen, waardoor het moeilijk wordt om nauwkeurig te meten. Daarom merkten de wetenschappers op dat het experiment een constante kalibratie vereist om alle variabelen aan te passen en neutrino's betrouwbaar te volgen. Het P-ONE-team werkt hier echter aan en is al van plan om een kleinere demo met twee streams te maken als proof of concept.
Lees ook:
- Astrofysici hebben voor het eerst de samensmelting van neutronensterren en zwarte gaten getraceerd
- Een nieuw ontdekt hybride deeltje kan een revolutie teweegbrengen in de elektronica