Kunnen hoogenergetische neutrino's botsen tegen andere deeltjes?

Sophie, 42 jaar
6 december 2018

Hoogenergetische neutrino’s afkomstig van een supernova bewegen nagenoeg aan lichtsnelheid. Ik las dat ze op 23 februari 1987 ontdekt werden op het noordelijk halfrond, terwijl de Grote Magelhaense Wolk waar de supernova zich in bevond enkel op het zuidelijk halfrond te zien is. De neutrino’s reisden dus dwars door aarde. Werden er sommige neutrino’s tegengehouden door de deeltjes die het binnenste van de Aarde vormen of konden ze dwars doorheen vliegen? Deeltjes hebben een golffunctie. Wat is daarmee gebeurd door de neutrinogolf?

Antwoord

Het bestaan van een ‘neutrino’ werd al vooropgesteld door fysici in de jaren 30 van de 20ste eeuw, onder andere tijdens de bekende Solvay bijeenkomsten hier in Brussel! De eerste experimentele aanwijzing voor het bestaan van het neutrino kwam er in 1955 met het experiment van Cowan en Reines in de Verenigde Staten. Sindsdien zijn er meerdere ‘neutrino observatoria’ gebouwd over de hele wereld (in Europa, Japan, VS, enz ...). Dus het neutrino werd niet ontdekt door de supernova in 1987. Het neutrino was toen al bekend en was al geobserveerd.

Nu, konden de neutrino’s door de Aarde heen vliegen? Ab-so-luut !

Het grote probleem met het neutrino is dat het bijna niet interageert met materie. Daarom wordt ook dikwijls gerefereerd naar het neutrino als het ‘spookdeeltje’. Het is er, maar we zien het heel zelden. Er zijn gigantisch veel neutrino’s nodig om er eentje te ‘zien’. Er is ook geen enkel gevaar verbonden aan het neutrino, omdat het uitermate zelden ‘botst’ of interageert met materie (en dus ook niet met de mens). Als het dan al eens botst, dan is het effect zo klein dat er ontzettend gevoelige en grote detectoren nodig zijn om vast te stellen dat er een botsing is geweest ...

Neutrino’s worden voornamelijk geproduceerd tijdens nucleaire processen (zoals radioactief verval, fissie, enz ...). Grote bronnen van neutrino’s zijn dan ook kernreactoren en supernova’s. Dat is dan ook de reden waarom er tijdens de supernova in 1987 plots heel veel meer neutrino’s de Aarde bereikten en waarom er plots net iets meer neutrino’s werden waargenomen in de gevoelige neutrino observatoria, verspreid over de verschillende continenten.

Vele van de ‘neutrino observatoria’ zitten diep onder de aardkorst, om de achtergrond van natuurlijke radioactiviteit in de detectoren zo laag mogelijk te houden. Toen er plots een supernova aan de sterrenhemel zichtbaar was op 23 februari 1987, hadden de neutrino observatoria een paar uur voordien onmiskenbaar een “heleboel” neutrino’s geobserveerd. Het neutrino observatorium “Kamiokande II” detector in Japan observeerde welgeteld 11 (elf!) neutrino’s. Dat is in termen van neutrino observatie een heleboel :-) De neutrino’s arriveerden een paar uur voor het zichtbare licht op Aarde. Dat komt door het specifieke verloop van een supernova. De supernova in 1987 was trouwens de 1ste supernova die met moderne detectoren te ‘zien’ was op Aarde en waardoor een heleboel informatie kon bekomen worden over het verloop van zo’n explosie in het universum.

De 11 neutrino’s die geobserveerd werden in Japan geven een goed idee hoe zelden een neutrino interageert met materie. Met onze beperkte lichamelijke detectoren (onze handen, ogen enz ...) is er dus geen enkele mogelijkheid om neutrino’s te ‘zien’. We moeten speciale detectoren ontwerpen die er op gericht zijn een sequentie van signalen te detecteren die onmiskenbaar een vingerafdruk zijn dat een neutrino is ‘gepasseerd’.

Het neutrino blijft een deeltje waar intensief onderzoek naar wordt verricht en blijft voor verrassingen zorgen. Het was bijvoorbeeld pas in 2002 dat een probleem werd opgelost dat aansleepte sinds de begindagen van de neutrino observatoria (sinds de jaren 60 van de 20ste eeuw). Het ging hier over het aantal neutrino’s die men observeerde vanuit de zon (ook een hele grote bron van neutrino’s, aangezien de zon in principe 1 grote thermo-nucleaire centrale is). Men detecteerde amper 30%  van de neutrino’s die men verwachtte vanuit de zon (gebaseerd op modellen van de zon en hoe die neutrino’s creëert).

Pas in 2002 werd een oplossing gevonden met de ‘neutrino oscillaties’. Dat wil zeggen dat neutrino’s tijdens hun weg van de zon naar de Aarde van ‘karakter’ veranderen. Het simpele feit dat dit gebeurde was een bewijs dat neutrino’s een massa hebben! Dat was een gigantische doorbraak en een gigantisch probleem, want het standaard model voorspelde dat neutrino’s geen massa hebben, net zoals lichtdeeltjes. Daarom konden ze niet anders dan met de lichtsnelheid voortbewegen. Nu is dus geweten dat neutrino’s een gigantisch minuscule kleine massa bezitten. Zo klein, dat ze bijna tegen de lichtsnelheid aan voortbewegen. Zo klein ook, dat wij als mensen op Aarde heel veel moeite moeten gaan doen om die massa van de neutrino’s te gaan bepalen. Een werk van vele jaren dat nog steeds gaande is ... Met de regelmaat van de klok komen er publicaties die de limieten op de neutrino massa nauwkeuriger zetten.

Het neutrino is en blijft een fantastisch deeltje dat ooit wel eens voor een revolutie zou kunnen zorgen binnen de natuurkunde !

 

Vriendelijke groeten

 

Jarno Van de Walle

ISOL fysicus

 

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2020
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen