Kosmisch ‘spookdeeltje’ plonst met energie van pingpongbal in Middellandse Zee
Het lijkt wel alsof er ten zuidoosten van Sicilië, diep in de Middellandse Zee, een mijnenveld ligt. De zee is er bijna 3,5 kilometer diep. In de bodem liggen kabels verankerd die met de hulp van onderwaterboeien recht omhoogrijzen, 700 meter hoog. Aan elke kabel hangen, verspreid over de volledige lengte, ook nog eens een twintigtal bollen. Het zijn geen zeemijnen maar lichtsensoren die neutrino’s moeten vangen, de meest ongrijpbare materiedeeltjes in het heelal.
Neutrino’s zijn elektrisch neutraal en hebben een ontiegelijk kleine massa – zelfs vergeleken met andere elementaire deeltjes zoals elektronen en quarks wegen ze vrijwel niets. Ze worden ongrijpbaar genoemd (‘spookdeeltjes’) omdat ze maar heel sporadisch botsen met andere materie. Elke seconde vliegen er miljarden neutrino’s dwars doorheen onze planeet of ons lichaam. Slechts héél af en toe knalt er eentje op een atoomkern, waarbij dan een nieuw materiedeeltje wordt gevormd. Als dat laatste deeltje bij Sicilië in zee plonst, kan het worden gespot door de lichtsensoren van de onderzeese neutrinodetector.
Twee jaar oude vangst
Zoiets gebeurde precies twee jaar geleden. Een muondeeltje (een zware soort elektron) trok op 13 februari 2023 een lichtspoor doorheen het diepzeewater. Het helblauwe licht was zogeheten Tsjerenkov-straling, een lichtschokgolf die ontstaat als een deeltje sneller gaat dan licht in water – soortgelijk aan de luide knal wanneer een vliegtuig sneller dan het geluid vliegt. Een derde van de lichtsensoren had het licht gezien. Uit het lichtspoor kon de invalsrichting van het muon worden bepaald, en zijn ontstaansgeschiedenis. Het was uit het westen komen aanvliegen, uit bijna horizontale richting. Enkele tientallen kilometers westwaarts was het muon gevormd uit de botsing van een neutrino met een atoomkern. De deeltjesbotsing vond trouwens in de zeebodem plaats, want de detector ligt aan de voet van kilometershoge onderzeese kliffen die de rand vormen van het Malta-plateau.
Een sensor wordt te water gelaten. — © via REUTERS
Het neutrino dat het muon had gevormd, en dat zo onrechtstreeks was gedetecteerd, had een ongezien hoge energie: 220 miljoen miljard elektronvolt (de elektronvolt is een populaire eenheid in de deeltjesfysica). Dat is tienduizend keer meer dan de energieën die de grootste deeltjesversneller ter wereld, die van Cern in Genève, kan produceren. Om tot zo’n hoge energieën te kunnen komen, zouden we een versneller nodig hebben zo groot als de baan van Mercurius rond de zon. Maar wellicht zegt een vergelijking met meer aardse, alledaagse fysica meer. Het neutrino bezat, hoe minuscuul het als individueel elementair deeltje ook was, evenveel energie als een vallende pingpongbal. Of hoe een microscopisch partikel een macroscopische energie kan hebben.
Heftig kosmisch geweld
Neutrino’s met zulke hoge energieën kunnen alleen uit de verre ruimte komen. Ze ontstaan bij het meest heftige kosmische geweld. Dat kunnen grote zwarte gaten zijn die materie opslokken, neutronensterren die met elkaar botsen of reuzensterren die in supernova’s uit elkaar spatten. Maar evengoed kunnen het nog onbekende kosmische fenomenen zijn.
Dit neutrino kwam wellicht van buiten de Melkweg, schrijven fysici deze week in Nature, waarin de detectie wordt onthuld. Hoewel die al dateert van twee jaar geleden, kunnen de vorsers nog niet zeggen wat de oorsprong was van het deeltje. Het enige dat ze weten, is dat dit veruit het meest energieke neutrino was dat ooit is waargenomen. En dat zulke microscopische energiebommetjes dus inderdaad, zoals verwacht, worden geproduceerd in het heelal.
De recordvangst is een mooie opsteker voor de onderzeese neutrinodetector, die trouwens nog volop in de constructiefase zit. Momenteel is nog maar een tiende van het totale voorziene aantal kabels met lichtsensoren aangebracht. Eind dit decennium moet de detector, die ook een kleiner zusje heeft voor de Zuid-Franse kust, helemaal voltooid zijn. Klaar om nog veel meer van de energiekste onder de mysterieuze spookdeeltjes die neutrino’s zijn, te onderscheppen.
via De Standaard
February 13, 2025 at 03:58PM
No comments:
Post a Comment