Onderwatertelescoop KM3NeT ziet eerste neutrino’s

01-08-2019

Onderzoekers van de KM3NeT-neutrinotelescoop in de Middellandse Zee hebben voor het eerst echte neutrino’s zien langskomen. Op de ICRC2019-conferentie over kosmische straling in Madison in de VS lieten ze voor het eerst registraties zien die gemaakt zijn met de vier detectorlijnen die nu op de diepzeebodem actief zijn en het begin vormen van de grootste detector ter wereld.

Neutrino passeert KM3NeT detector in de Middellandse Zee.
Neutrino passeert vanaf de zeebodem de KM3NeT-detector in de Middellandse Zee.

Het betreft neutrino’s uit de atmosfeer, spookachtige deeltjes die kunnen ontstaan als kosmische straling de dampkring van de aarde raakt. De waargenomen neutrino’s komen vanaf de zeebodem omhoog, bleek in de reconstructies die in Madison werden getoond. Ze zijn kennelijk aan de achterkant van de aarde ontstaan en daarna ongehinderd door de hele aardmassa gevlogen.

Een neutrino is een elementair deeltje zonder lading dat bij bepaalde kernprocessen ontstaat, bijvoorbeeld in de zon of als een deeltje uit de kosmos inslaat op moleculen in de lucht. Na zijn ontstaan beweegt het met nagenoeg de lichtsnelheid dwars door de meeste materie heen. In de deeltjesfysica zijn drie soorten neutrino’s bekend en ook dat die spontaan van smaak kunnen veranderen. Door een opgestoken hand passeren iedere seconden ongemerkt vele miljarden neutrino’s.

KM3NeT wordt volgens plannen de komende jaren uitgebreid naar honderden lijnen met lichtgevoelige sensoren die ruim twee kilometer diep op de zeebodem bij Frankrijk en Italië worden geplaatst. Nu zijn er vier lijnen actief, en nog twee nieuwe klaar voor plaatsing. Elke detectorlijn meet enkele honderden meters en houdt achttien bollen met lichtsensoren boven elkaar vast vanaf de zeebodem. Duikrobots maken de aansluitingen. De signalen uit de bollen worden naar een rekencentrum in Toulon gestuurd van analyses.

De sensoren pikken licht op dat ontstaat als een neutrino door het donkere diepzeewater beweegt en daar een elektron raakt en da tot boven de lokale lichtsnelheid versnelt. Door een woud van lijnen met sensoren te bouwen, kan de baan en energie van het passerende deeltje worden berekend. KM3NeT werkt daardoor als een telescoop, die bronnen van kosmische straling kan aanwijzen aan de hemelkoepel.

Waar aan de hemel de nu waargenomen neutrino’s precies vandaan komen is met slechts vier lijnen nog niet goed te zeggen. Daarvoor zijn meer lijnen met sensoren nodig. KM3NeT wordt op termijn de tegenhanger van de huidige grootste neutrinotelescoop op de wereld, de Europees-Amerikaanse IceCube in het ijs van de Zuidpool. Onlangs werd bekend dat ook die gaat uitbreiden.

Het Nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef is nauw betrokken bij de bouw van het nieuwe KM3NeT-instrument en de analyses van de meetgegevens. Op het instituut in Amsterdam worden honderden glazen sensorbollen geconstrueerd, de zogeheten DOMs (digital optical modules). Ook is daar de spoel ontworpen waarmee de detectorlijnen vanaf een schip opgerold worden afgezonken, waarna die vanzelf vertikaal omhoog afrollen. De spoelen komen uiteindelijk bovendrijven en worden hergebruikt.