Universiteit Leiden

nl en

Mijlpaal voor neutrinodetector aan Côte d’Azur

De KM3NeT neutrinodetector viert de installatie van de eerste reeks detectoren in de Middellandse Zee aan de Franse kust. KM3NeT gaat metingen verrichten aan de spookachtige smaakverandering van neutrino’s. Leids natuurkundige Dorothea Samtleben is nauw betrokken bij het project.

Een gloeiende nazomerzon schijnt haar felle stralen over de badgasten die liggen te bruinen op de stranden van Toulon in Zuid-Frankrijk. De strakblauwe hemel deelt zijn kleur met de Middellandse Zee, die nog een aangename warmte vasthoudt van de lange mediterrane zomer. Terwijl de toeristen zonnebadend genieten van het laatste stukje zomer, hebben ze niet in de gaten dat er op steenworpafstand een wetenschappelijke mijlpaal wordt bereikt, 40 kilometer uit de kust.

Eerste koord

Daar, in de dieptes van de Méditerranée, plaatsen wetenschappers het eerste verticale koord met neutrinodetectoren als onderdeel van het Franse deel van de KM3NeT neutrinotelescoop. Achttien bolvormige detectoren zitten aan een koord dat is verankerd in de zeebodem en zich 200 meter omhoog uitstrekt. En terwijl de toeristen iets verderop baden in de straling van de blinkende zon aan de hemel, verzamelt KM3NeT juist stralen van de blauwe hemel zelf. De telescoop meet inkomende neutrino’s die zijn geproduceerd in de atmosfeer van de Aarde.

Atmosferische neutrino’s

Leids natuurkundige Dorothea Samtleben is nauw betrokken bij het project: ‘Complementair aan de KM3NeT-installatie in Italië, die focust op de detectie van hoogenergetische neutrino’s vanuit de kosmos, richt het Franse deel zich op laag-energetische neutrino’s uit de atmosfeer. Dat geeft ons de kans om te kijken naar hun oscillaties.’

Oscillaties

Neutrino’s oscilleren in die zin dat ze van smaak veranderen. Ze worden gemaakt in een specifieke smaak—elektron, muon of tau—maar die verandert tijdens hun reis, afhankelijk van hun energie en afgelegde pad. De 2015 Nobelprijs voor Natuurkunde ging naar de ontdekkers van dit verschijnsel, maar buiten het bestaan ervan weten we er nog erg weinig over. Samtleben: ‘We weten bijvoorbeeld vanuit de oscillaties dat neutrino’s een massa moeten hebben, maar we kennen alleen de verschillen in massa. En we hebben geen flauw idee over de volgorde van die massa’s, laat staan over hun absolute waardes.’

Massavolgorde

Het KM3NeT-team leidt de neutrino-oscillaties af uit berekeningen aan de massavolgorde. Daarvoor meten ze de richting en energie van de verschillende smaken van neutrino’s die de Aarde passeren. Die vergelijken ze met de verwachte neutrinoproductie in de atmosfeer. De massavolgorde heeft uiteindelijk invloed op de neutrino-oscillaties.

115 koorden

In totaal zullen 115 koorden met elk 18 detectoren klaar liggen op de zeebodem om de meest ongrijpbare en minst begrepen deeltjes uit het Standaardmodel te vangen. De volledige telescoop zou klaar moeten zijn in 2020 en zal 3,7 miljoen ton zeewater omvatten.