In de Middellandse Zee bij Toulon zijn de afgelopen week vier nieuwe detectorlijnen toegevoegd aan neutrinotelescoop KM3NeT in diepzee. Daar nemen nu in totaal tien lijnen met 180 lichtsensorbollen neutrino’s waar in het aardedonkere zeewater.
Op 18 november voeren de twee expeditieschepen Castor en Janus uit de haven van Toulon in Zuid-Frankrijk. Aan boord waren zeven nieuwe detectorlijnen, die in de Franse sector ORCA van KM3NeT geplaatst moesten worden op 2500 meter diepte. De crew hield een blog bij van de missie.
In totaal krijgt ORCA 115 lijnen. In een tweede Italiaanse sector ARCA bij Sicilië komen nog eens 230 lijnen. Veel van de detectorbollen aan de lijnen worden in Amsterdam bij Nikhef geassembleerd.
Onderzees woud
KM3NeT wordt een onderzees woud van sensoren die lichtsignalen uit een enorm volume zeewater oppikken als daar deeltjes uit de kosmos een atoom raken. Het geobserveerde volume moet groot zijn omdat neutrino’s geen massa en lading hebben en nauwelijks met andere materie botsen.
ORCA bestudeert vooral neutrino’s die van onderaf door de aarde zijn gereisd nadat ze aan die kant bij de inslag van kosmische straling in de atmosfeer ontstaan zijn. Het Franse deel draait om de eigenschappen van neutrino’s zelf. Het Italiaanse deel is meer een telescoop, die bronnen van neutrino’s wil bekijken.
Afwikkelspoel
Elke lijn van KM3NeT heeft 18 detectorbollen (DOM’s) met elk 31 lichtsensoren en zit op een afwikkelspoel die eerst naar de zeebodem wordt afgezonken op een vooraf bepaalde locatie. Daar sluit een onbemande duikboot de elektronica aan op een link naar de kust. Daarna wordt de lijn afgerold tot hij verticaal op de bodem staat, opgehouden door een drijver. De spoel zelf wordt uiteindelijk weer door de schepen opgepikt voor later hergebruik.
Van de zeven lijnen zijn er vier geplaatst, getest en afgewikkeld. Ze nemen inmiddels meetgegevens. Technische problemen en ruwe zee verhinderden vanaf zondag dat de andere drie lijnen nog konden worden uitgezet. Dat zal in een volgende missie gebeuren. De schepen zijn inmiddels terug in de haven van Toulon.
Neutrinosmaken
Het Franse deel van KM3NeT bestudeert de fundamentele eigenschappen van neutrino’s. Er bestaan drie smaken neutrino’s: elektron, muon en tau. Neutrino’s hebben niet een identiteit, maar wisselen voortdurend van smaak. ORCA kijkt naar muonneutrino’s in verschillend richtingen en leidt daaruit af welk deel van de neutrinostroom ze niet kunnen zien omdat de deeltjes net de onzichtbare smaak hebben aangenomen.
Het onderzoek van ondermeer de Nederlandse KM3NeT-groep bij Nikhef draait vooral om de vraag naar de massa’s van neutrino’s. Die is miniem, maar moet wel iets verschillen. De hoofdvraag is hoe de massa’s oplopen van licht naar iets zwaarder. Logisch zou het elektronneutrino de lichtste zijn, gevolgd door muon en tau, net als de bijbehorende massadeeltjes in het standaardmodel. Maar gemeten is dat nog niet, en de theorie geeft er geen uitsluitsel over.