Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Vissen naar neutrino’s in de Middellandse Zee

Natuurkundigen, onder wie de Leidse Dorothea Samtleben, bouwen aan een reusachtige onderwatertelescoop om de oorsprong van neutrinos te ontrafelen en het mysterie rond donkere materie op te helderen. De eerste detector is inmiddels geïnstalleerd. Eenmaal af heeft de telescoop het volume van drie kubieke kilometer.

Schimmige deeltjes

De neutrinotelescoop KM3NeT gebruikt water uit de Middellandse Zee om de kleine deeltjes in te vangen waar het op jaagt. De drie kubieke kilometer zeewater die de telescoop omvat is nodig omdat neutrino’s van alle elementaire deeltjes de meest schimmige zijn. De deeltjes zijn alleen waarneembaar als ze toevallig op een ander deeltje botsen, en die kans is extreem klein. Maar de constante stortvloed aan neutrino’s die elke seconde alles en iedereen doorboren in combinatie met de enorme hoeveelheid water vergroot deze kans zodanig dat ze toch detecteerbaar zijn met KM3NeT.

Honderden draden

e detectiedraad is om een kader gewonden en wordt neergehesen in de Middellandse Zee.

De telescoop zal uiteindelijk bestaan uit een netwerk van honderden verticale detectiedraden, die verankerd zijn in de zeebodem en strak worden gehouden door onderwaterboeien. Elke draad biedt plaats aan 18 lichtsensoren. In de duisternis van de diepzee registreren de sensoren zwakke signalen van Cherenkovstraling die neutrino’s produceren als ze interacteren met het zeewater binnen de telescoop. Een 100 kilometer lange kabel verbindt KM3NeT met een station op het vasteland in Portopalo di Capo Passero in het zuiden van Sicilië. Het Leiden Institute of Physics heeft al een prominente rol gespeeld in de data-analyse van kleinere prototypes en het testen van de huidige detector.

Fundamentele vragen

‘KM3NeT opent een nieuw tijdperk in het neutrinovakgebied,’ zegt Samtleben. ‘Het heeft een ongekende afmeting en hoge resolutie voor de richting waar neutrino’s vandaan komen. Dat geeft ons een heleboel informatie om het heelal verder te ontdekken. We willen weten waar kosmische straling vandaan komt, begrijpen wat de natuur is van neutrino’s en een bijdrage leveren aan het mysterie van donkere materie.’ Aan onderzoek naar deze fundamentele vragen kleven ook altijd bijeffecten, zoals in dit geval de ontwikkeling van zeer gevoelige lichtsensoren en onderwatertechnologie.

Spanning

De telescoop is naar verwachting tien jaar lang operationeel. Over twee jaar moeten de eerste 30 detectoren zijn geïnstalleerd. Daarna, met meer financiering, komt het totaal op 600, zodat de wetenschappers voluit gebruik kunnen maken van de kracht van KM3NeT. Samtleben: ‘Maar ook nu krijgen we al data binnen. Op het moment dat we dat zagen wisten we dat de installatie een succes was. We volgden de hele dag vol spanning de ontwikkelingen via een live feed. ’s Avonds zagen we eindelijk de eerste data binnenstromen. De volgende dag vierden we het op Nikhef ( Instituut voor Subatomaire Fysica, red.), waar we een groot deel hebben gebouwd van deze detector unit.’

Headerafbeelding: Een bouwsteen van KM3NeT bestaat uit 115 detectiedraden; de volledige telescoop heeft meerdere bouwstenen met een totaal van een paar honderd draden. Ze worden opgespannen tussen de zeebodem en onderwaterboeien. (Credit: Marc de Boer/Ori Ginale)

Leids natuurkundige Dorothea Samtleben werkt mee aan het project. ‘KM3NeT opent een nieuw tijdperk in het neutrinovakgebied.’