Neutrinofysica – KM3NeT

Neutrino’s en hun bronnen

Het neutrinofysica-onderzoeksprogramma van Nikhef bundelt de Nederlandse inbreng in het KM3NeT experiment op de Middellandse zeebodem. Onderzoekers en engineers ontwerpen en bouwen delen van de neutrinodetector en analyseren meetgegevens. KM3NeT speurt naar de herkomst van kosmische neutrino’s en hun eigenschappen.

Wat is neutrinofysica?

In de deeltjesfysica vormen neutrino’s een nog relatief slecht ontgonnen gebied. Neutrino’s zijn elementaire deeltjes die vrijkomen bij kernreacties. Ze hebben vrijwel geen massa, bewegen met de lichtsnelheid en hebben zelden interactie met gewone materie. Ze zijn daardoor bijna ongrijpbaar en alleen te bestuderen in detectoren met enorme volumes.

Het neutrino-onderzoek kent twee hoofdlijnen. Enerzijds is de vraag wat de bronnen zijn van kosmische neutrino’s, die enorme energie kunnen hebben. Specifiek daarvoor is het grote Italiaanse ARCA-deel van de detector ontwikkeld, dat richtingsgevoelig is.

Anderzijds zijn neutrino’s zelf ook nog met fundamentele vragen omhuld. Er zijn drie typen neutrino’s zonder dat begrepen is waarom. Ook wisselen de bekende typen neutrino’s voortdurend van identiteit, en de vraag is hoe. Daarnaast zijn de kleine massa’s van de verschillende neutrinotypes nog niet nauwkeurig bekend. Het Franse ORCA-deel van KM3NeT richt zich specifiek op de fundamentele eigenschappen van de neutrino’s.

Hoe werkt KM3NeT?

Centraal in het onderzoeksprogramma van neutrinofysica staat de KM3NeT-detector, een neutrinodetector in aanbouw op de bodem van de Middellandse Zee bij Italië en Frankrijk. Deze detector bestaat uit lichtsensoren in glazen bollen die aan kabels vanaf de donkere zeebodem honderden meters omhoog reiken. Uiteindelijk zal de voltooide detector een kubieke kilometer donker diepzeewater observeren. Passerende neutrino’s die atomen in het water raken, produceren licht dat het netwerk van sensoren oppikt en in sporen kan vertalen. De lijnen worden met speciale schepen nauwkeurig afgezonken en met een duikboot aangesloten op het datanetwerk naar de kust.

Aan KM3NeT werken circa 250 wetenschappers en technici uit 15 landen, waaronder Nederland.
Nikhef en neutrinofysica

De neutrinofysicagroep op Nikhef omvat rond de 20 onderzoekers. Zij zijn betrokken bij alle aspecten van KM3NeT. Nikhef-engineers en elektronici en onderzoekers hebben het basisontwerp voor de sensoren en sensorlijnen en mechanismen geleverd voor de internationale samenwerking. KM3NeT wordt geleidelijk gerealiseerd op de zeebodem bij Toulon en Sicilië, met door Nikhef ontworpen afzinktechnieken.

De groep assembleert en test op Science Park in Amsterdam honderden sensorbollen (DOMs) voor de KM3NeT-detector in aanbouw en coördineert de internationale opbouw van de detector in zee. Daarnaast is de Nikhef-groep nauw betrokken bij de analyses van de steeds ruimer beschikbare meetgegevens.

Een recent spectaculair resultaat was de waarneming van het meest energieke kosmische neutrino dooit, goed voor een omslagverhaal in Nature. De bron van het deeltje is onbekend.

De neutrinofysicagroep van Nikhef is ook betrokken in de aanloop naar nieuwe internationale neutrino-experimenten zoals DUNE in de Verenigde Staten, dat met een ondergrondse detector de fundamentele eigenschappen van neutrino’s uit een versneller van ver weg gaat bestuderen.
Meer informatie

Bij het Nikhef-onderzoeksprogramma Neutrino Physics zijn onderzoekers van de UvA betrokken en van de Universiteit Le iden.

Lees meer over het internationale KM3NeT-project: https://www.km3net.org/research/detector/