Op jacht naar neutrino’s
Op 1,5 kilometer van de Amundsen-Scott
South Pole Station op de geografische zuidpool hebben
wetenschappers het grootste laboratorium ter wereld gebouwd. Van een
kubieke kilometer Antarctisch ijs wordt gebruik gemaakt om
neutrino’s op te sporen.
IceCube op de geografische zuidpool.
(foto: National Science Foundation / Elaine Hood)
29 instituten werken aan IceCube mee, waaronder de Vrije
Universiteit Brussel, l’Université Libre de
Bruxelles, de Universiteit Gent, l’Université
de Mons-Hainaut en de Universiteit Utrecht. Het project
krijgt onder meer geld van het Belgische Federale Wetenschapsbeleid
en het Vlaamse Instituut voor Innovatie door Wetenschap
en Technologie (IWT). De Belg Francis Halzen, verbonden
aan de University of Wisconsin, is de bedenker en drijvende
kracht achter het project.
Neutrino’s
Het doel van IceCube is om neutrino’s te ontdekken
en daarna te achterhalen waar ze vandaan komen. Neutrino's
ontstaan bijvoorbeeld bij kernfusiereacties in sterren en
bij supernova-explosies. Ook zijn er bij de oerknal veertien
miljard jaar geleden massa’s neutrino’s ontstaan
die vrij in de kosmos rondvliegen.
Neutrino’s hebben geen elektrische lading en bijna
geen massa. Ze vliegen overal dwars doorheen. Iedere seconde
flitsen er minstens dertig triljard door ons lichaam. Neutrino’s
detecteren is geen eenvoudige opgave. Slechts heel af en
toe botsen ze met gewone atoomkernen. Bij deze botsing worden
muonen geproduceerd die, wanneer ze met hoge snelheid door
water of ijs bewegen, een zwak blauw lichtflitsje produceren,
de zogeheten Cherenkovstraling.
Schematische voorstelling
van IceCube
Fotonentellers
Nabij de geografische zuidpool gaan wetenschappers nu een
kubieke kilometer ijs volproppen met lichtdetectoren (fotonentellers)
om dat lichtflitsje te registreren en de herkomstrichting
van de oorspronkelijke neutrino te achterhalen. Opmerkelijk
is dat IceCube naar de hemel kijkt die “onder”
Antarctica ligt, dus naar het noordelijk halfrond van de
hemel. Want boven Antarctica regent het voortdurend muonen
en andere energierijke deeltjes die niet van neutrino’s
afkomstig zijn. Muonen die van onderen aan komen zetten,
kunnen enkel maar ontstaan zijn na een neutrinobotsing,
omdat neutrino’s de enige deeltjes zijn die ongehinderd
dwars door de aarde kunnen vliegen.
Gaten boren
IceCube is de opvolger van het kleinschaligere Amanda
(de Antarctic Muon and Neutrino Detector Array),
dat 700 fotonentellers had. IceCube, dat in december 2010 voltooid werd, telt er 5000. Het was een hele
klus om over zulk een groot en hard bevroren oppervlakte
gaten te boren van 2,5 kilometer diep. Met speciale boren,
die over een gladde kogel beschikken waaruit warm water
stroomt, kon men één gat boren in
minder dan 40 uur. Daarna was het 'gewoon' een kwestie van de fotonenteller in
het ga te stoppent, het water te laten bevriezen en het waarnemen
kon beginnen.
Om de meetapparatuur
in het ijs te stoppen worden gaten van 2,5 kilometer diep
geboord.
(foto: National Science Foundation / Peter Rejcek)
Antarctica is een ideale plaats om neutrino’s te
ontdekken omdat het ijs donker en transparant is, waardoor
de blauwe lichtflits goed waargenomen kan worden. Het ijs
zorgt ook voor een stabiele ‘ondergrond’ voor de
gevoelige apparatuur.
In 2013 is het wetenschappers gelukt om neutrino’s van buiten ons zonnestelsel te detecteren, al is het nog onduidelijk waar ze precies vandaan komen. Om dit te achterhalen moeten eerst echter nog veel meer neutrino’s van buiten ons zonnestelsel worden opgespoord.
Meer informatie vind je op de website van IceCube: icecube.wisc.edu
|
