Sterrenkunde koeterwaals – Neutrino’s
Het neutrino is misschien wel een van de meest irritante soorten deeltjes in de hele natuurkunde. De natuurkundige Wolfgang Pauli stelde voor het eerst het bestaan van het neutrino voor om te verklaren waarom de nucleaire bètavervalreactie het behoud van energie en momentum leek te schenden. Hij dacht dat een klein, onzichtbaar deeltje de extra energie en het momentum zou kunnen afvoeren.
Latere natuurkundigen zouden het bestaan van het neutrino verifiëren en Enrico Fermi noemde het deeltje “neutrino” uit het Italiaans voor “kleine neutrale”.
Het neutrino heeft zo’n lage massa dat natuurkundigen decennialang dachten dat ze volledig massaloos waren en met de snelheid van het licht reisden.
Nu weten natuurkundigen dat neutrino’s massa hebben maar ze weten nog niet precies wat die massa is. Wat het probleem nog ingewikkelder maakt is dat er niet slechts één soort neutrino is maar drie. We kennen het elektron-neutrino, het muon-neutrino en het tau-neutrino. Elke soort, of “smaak”, van neutrino komt alleen voor in reacties waarbij de bijbehorende smaak van elektron is betrokken (het reguliere elektron, zijn zwaardere neefje het muon en zijn nog zwaardere neef de tau).
Maar het wordt erger. Neutrino’s hebben het vermogen om van smaak te veranderen terwijl ze reizen, dit in tegenstelling tot elk ander deeltje. Dus een reactie kan een elektron-neutrino produceren maar tegen de tijd dat het een detector bereikt kan het een muon-neutrino of een tau-neutrino zijn.
Het kan altijd nog erger hoor want neutrino’s hebben nauwelijks een interactie met normale materie, ze nemen alleen deel in reacties waarbij de zwakke kernkracht is betrokken. Er zijn dus enorme detectoren nodig om ze te vinden. Zo is er bijvoorbeeld het IceCube-experiment dat zich op de Zuidpool bevindt en een volledige kubieke kilometer van het antarctische ijs gebruikt om neutrino’s te vinden. Soms raken ze een beetje water in het ijs en dit veroorzaakt een flits van blauw licht dat detectoren die zich in het ijs bevinden kunnen detecteren.
De onbekende massa’s van de drie neutrino-smaken is een van de grootste openstaande mysteries van de moderne natuurkunde, samen met de vraag of er nog meer, zelfs moeilijker te detecteren, smaken bestaan. Het standaardmodel van de deeltjesfysica heeft geen verklaring voor de massa van neutrino’s en veel natuurkundigen geloven dat alleen een radicale update van ons begrip van de natuurkunde het mysterie zal oplossen.
Dit artikel maakt deel uit van de serie Sterrenkunde – koeterwaals. Het zijn vertaalde en eventueel bewerkte berichten van de rubriek Astronomy 101 van de website UniverseToday
