13 maart 2019: Aart Heijboer
Telescoop op de zeebodem: de zoektocht naar kosmische spookdeeltjes


Telescoop op de zeebodem: de zoektocht naar kosmische spookdeeltjes

“Neutrino’s kun je heel gemakkelijk maken, maar heel moeilijk meten.” Zo begon deeltjesfysicus Aart Heijboer van het Nationaal Instituut voor Subatomaire Fysica (Nikhef) in Amsterdam zijn verhaal over het meten van een van de meest ongrijpbare deeltjes in het heelal. Kernfysici weten al lang dat neutrino’s ontstaan wanneer kerndeeltjes met grote energie botsen op andere deeltjes. Dat gebeurt in de dampkring van de aarde waar dergelijke deeltjes botsen op atomen in de lucht. Het gebeurt in het binnenste van sterren, bij zware sterontploffingen (zogeheten supernova’s) en rond zwarte gaten waar materie extreem wordt versneld. Het heelal is dan ook gevuld met neutrino’s. Ze vliegen met bijna de snelheid van het licht rond. Ze zijn elektrisch neutraal, hebben bijna geen massa en zijn ongevoelig voor de krachten die de deeltjes in atoomkernen bij elkaar houden. Het gevolg is dat ze vrijwel ongehinderd overal doorheen vliegen. Als je de hele 150 miljoen kilometer tussen de aarde en de zon zou vullen met lood, dan zou die ‘muur’ nog maar 1 op elke 10.000 neutrino’s tegenhouden. Op elk moment razen er dan ook miljarden en miljarden neutrino’s door ons heen, zonder dat we er ook maar iets van merken.

Neutrino’s zijn voor de natuurkunde fascinerende deeltjes die fundamentele vragen oproepen (hier is er meer over te vinden http://www.quantumuniverse.nl/het-neutrino-onder-de-loep-km3net-1/). Heijboer beperkte zich na een korte beschouwing over deze vragen tot die neutrino’s die samenhangen met extreme gebeurtenissen in het heelal, zoals zwarte gaten. Rond zwarte gaten ontstaan allerlei soorten geladen deeltjes. Dergelijke deeltjes worden door magneetvelden uit hun baan getrokken. Het heelal is vergeven van magneetvelden en die geladen deeltjes zien we dus nooit uit hun oorspronkelijke richting komen. We weten dus niet goed waar de deeltjes precies ontstonden. Licht uit de omgeving van een zwart gat wordt op zijn weg door het heelal verzwakt door gas- en stofwolken die overal aanwezig zijn. Licht is dus ook niet zo’n goed informatiebron. Neutrino’s echter reizen rechtstreeks van zo’n zwart gaat naar ons toe. Nu zijn de neutrino’s zelf niet te meten, maar als ze onderweg eens een keer botsen met andere deeltjes ontstaan er deeltjes waarvan kernfysici precies weten welke dat zijn en hoe ze zich gedragen. Eén heel handig deeltje is het zogeheten muon. Het heeft de bijzondere eigenschap dat het (blauw) licht afgeeft als het door water vliegt. Van díe eigenschap maken Heijboer en collega’s gebruik om neutrino’s te onderzoeken.

Heijboer vertelde nauw betrokken te zijn bij de bouw van twee meetopstellingen diep in de Middellandse Zee, bij Sicilië en Griekenland. Het project heet KM3NeT, een afkorting voor Kubieke kilometer neutrinotelescoop. Elke telescoop bestaat uit 600 lijnen van 700 meter lang waarlangs in totaal zo’n 12000 glazen bollen met elk 31 lichtversterkerbuizen hangen, die lichtflitsen en lichtsporen in een volume van een kubieke kilometer donkere diepzee registeren. Om een idee van de omvang te geven had hij de twee locaties geprojecteerd op de plattegrond van Deventer.

KM3NeT is specifiek bedoeld om te speuren naar neutrino’s die van diep uit het heelal komen. Lichtflitsen die in de diepzee van beneden naar boven bewegen, wijzen in principe op neutrino’s die door de aarde heen vlogen en daarna botsten met een watermolecuul. Zo filter je lichtflitsen uit alle andere richtingen, die allerlei oorzaken kunnen hebben, uit. KM3NeT is nog volop in aanbouw, dus resultaten van dit experiment kon Heijboer nog niet geven. Een enigszins vergelijkbare telescoop in het ijs van Antarctica (Icecube geheten) leverde vorig jaar voor het eerst met zekerheid een lichtspoor op dat direct terugwijst naar een zogeheten actieve melkwegkern, jargon voor een zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel. Het was in de natuurkunde en sterrenkunde groot nieuws.

Na alle wetenschap liet Heijboer een mooi filmpje zien over het installeren van een meetlijn van KM3NeT. Bovendien had hij een demonstratie-exemplaar van één detectorbol meegenomen. Zo’n stukje hardware doet het altijd heel goed.

Vooraf en in de pauze speelde Lise Low, met Ardie van der Knijff op cello en Arjan de Wit op toetsen, sprookjesachtige nordic pop, zoals ze dat zelf op haar website noemt. De vragen na de pauze, gemodereerd door Lineke Tak die de zieke James van Lidth de Jeude verving, leverden tal van aanvullende nieuwtjes op. Zo delen de onderzoekers van KM3NeT (en de Nederlandse voorloper ANTARES) hun registraties (licht, maar ook geluid opgenomen door microfoons aan de detectorlijnen) met zeebiologen. Uit registraties van ANTARES blijkt bijvoorbeeld dat potvissen in de Middellandse Zee overdag in de diepte jagen op inktvissen.

De meetopstellingen staan niet voor niets in de Middellandse Zee. De zee is er op tal van plaatsen al kort uit de kust enkele kilometers diep, waardoor geen extreem lange kabels voor stroom en datatransport tussen de sensoren en de vaste wal nodig zijn. Ook is het water diep in de Middellandse Zee enorm helder, wat voor een schoon signaal zorgt. Icecube bijvoorbeeld kan heel lastig de oorspronkelijke richting van lichtsporen bepalen, omdat licht erg verstrooit in sneeuw en ijs. KM3NeT zal daarom voor een veel betere richtingsbepaling en dus plaatsbepaling aan de hemel zorgen. Tenslotte gaf Heijboer aan dat KM3NeT niet geïsoleerd werkt. Multi-messenger sterrenkunde is de nieuwe uitdrukking. Ziet één bepaald soort telescoop tegenwoordig iets, dan wordt meteen met allerlei andere type telescopen gekeken of men eveneens iets ziet, bijvoorbeeld een object dat ook licht uitzendt en dat we dus kunnen zien.

Tekst en foto’s Huub Eggen.