Nobelprijs voor onderzoek aan wispelturige neutrino's

Het is moeilijk voor te stellen, maar hou je hand op en elke seconde gaan er ongeveer een biljoen neutrino’s doorheen. Niet dat je daar ook maar iets van merkt, want neutrino’s zijn schuchtere deeltjes en trekken zich nagenoeg niets aan van andere deeltjes. Ze reizen dan ook met vrijwel de snelheid van het licht door alles en iedereen heen.

Toch lukte het wetenschappers als Takaaki Kajita en Arthur B. McDonald om ze onder de loep te nemen. In de jaren ’90 en ’00 deden ze met grote deeltjesdetectoren zoals de Super-Kamiokande onderzoek aan de vluchtige neutrino’s. Ze ontdekten dat de deeltjes continu wisselen tussen de drie gedaantes die ze kunnen hebben: het elektron-neutrino, muon-neutrino en tau-neutrino. Het feit dat ze continu veranderen is alleen te verenigen met het idee dat neutrino’s massa hebben, iets wat wetenschappers lang voor onmogelijk hielden.

Vanochtend maakt het Nobelprijscomité bekend dat Kajita en McDonald de Nobelprijs voor de Natuurkunde delen voor hun ontdekking die ‘ons begrip voor de werking van materie heeft veranderd en cruciaal kan zijn voor onze kijk op het universum.’

Ondergronds onderzoek

Kajita werkte met de Super-Kamiokande-detector: een pakweg veertig meter hoge en brede cilinder diep onder de grond in een oude Japanse mijn. Gevuld met 50 miljoen liter extreem helder water zijn de pakweg tienduizend lichtdetectoren op de wanden in staat zeldzame interacties tussen een neutrino en een watermolecuul te detecteren. Zo’n gebeurtenis levert namelijk een lichtflitsje op. In 1998 deed Kajita hier de ontdekking dat de gedetecteerde neutrino’s van smaak wisselen.

McDonald werkte voor Canadese Sudbury Neutrino-observatorium. Een met de Super-Kamiokande vergelijkbare ondergrondse watertank waarmee neutrino’s gedetecteerd kunnen worden. In 2001 deed McDonald ook verslag van de gedaantewisseling van neutrino’s. De veranderlijke aard van neutrino’s betekent dat ze een (waarschijnlijk kleine) massa hebben, de verschillende gedaantes vloeien namelijk voort uit massaverschillen tussen de soorten. Dat was een grote verrassing, sinds de voorspelling van het bestaan van neutrino’s in de jaren ’30 gingen wetenschappers er vanuit dat de deeltjes massaloos zijn.

‘He-le-maal terecht’

Ook nu wordt er nog hard gezocht naar neutrino’s op de meest exotische plaatsen. Bijvoorbeeld met lichtdetectoren op de bodem van de Middellandse Zee of met een observatorium ín het ijs van Antarctica. Een van de wetenschappers die neutrino’s onderzoekt is Dorothea Samtleben, Universitair Hoofddocent van de Universiteit Leiden. Ze is verheugd met de prijs. “Deze prijs is he-le-maal terecht”, laat ze aan de telefoon weten. “Het bracht een geheel onverwachte fundamentele eigenschap van materie aan het licht. Bovendien heeft het veel nieuwe richtingen in het neutrino-onderzoek geopend.”