Nationaal instituut voor subatomaire fysica
National institute for subatomic physics
Kruislaan 409 PO Box 41882
1098 SJ Amsterdam 1009 DB Amsterdam
The Netherlands The Netherlands
phone: +31 20 592 2000 fax: +31 20 592 5155

PERSBERICHT - Amsterdam, 24 maart 2006


Neutrinotelescoop ANTARES richt ogen op de bodem van de zee

Op de bodem van de Middellandse Zee, voor de kust van Toulon, is met succes de neutrinotelescoop ANTARES in gebruik genomen. ANTARES gebruikt de aarde als een soort filter om neutrino's afkomstig uit het heelal te meten. De eerste van twaalf detectorlijnen werd begin deze maand aangesloten op de controlekamer aan de wal en begon meteen signalen te geven. Uit analyse daarvan blijkt nu dat ANTARES al vele duizenden sporen van deeltjes heeft waargenomen, waarvan een aantal veroorzaakt is door neutrino's.

Neutrino's zijn deeltjes die worden geproduceerd in het inwendige van sterren en in zeer energetische processen in het heelal en vormen daarom een bijzondere bron van informatie over die processen. De deeltjes hebben geen elektrische lading en nauwelijks massa. Daardoor dringen ze met gemak door elk denkbaar materiaal heen, zelfs de aarde als geheel. Ze zijn om die reden dus lastig te meten. Een oplossing is een neutrinotelescoop op de bodem van de zee. Daar bereiken in ieder geval veel andersoortige deeltjes de detector niet door afscherming van het water. ANTARES is zo'n neutrinotelescoop. Hij gaat uiteindelijk bestaan uit twaalf detectorlijnen die op de zeebodem (op 2500 meter diepte) worden aangebracht en samen een telescoop van ongeveer 20 miljoen kubieke meter zullen vormen.

De eerste detectorlijn van ANTARES werd half februari afgezonken en op 2 maart met behulp van een op afstand bedienbare onderzeeboot verbonden met het waarneemstation op de kust bij het instituut Michel Pacha, 40 km verderop bij La Seyne-sur-Mer in Frankrijk. Diezelfde dag nog kwamen de eerste resultaten binnen. Na analyse blijken de meeste van de waargenomen sporen afkomstig van muonen. Dit zijn een soort elektronen maar dan 200 keer zwaarder, die geproduceerd worden door kosmische stralen in de bovenste lagen van de atmosfeer, maar er zijn ook al sporen waargenomen die afkomstig moeten zijn van neutrino's. Dit betekent een geslaagde start van de eerste neutrinotelescoop in de Middellandse Zee, die binnenkort de grootste in zijn soort op het noordelijk halfrond zal zijn. Nederland levert een belangrijke bijdrage aan dit project, vooral op het gebied van de informatietechnologie.

Een neutrinotelescoop geeft informatie over de oorsprong van kosmische straling, de onbegrepen mechanismen waarmee kosmische deeltjes energieen kunnen krijgen die veel hoger zijn dan ooit op aarde zijn gerealiseerd, en mogelijk zelfs over de samenstelling van donkere materie. Vooral dat laatste onderwerp trekt veel aandacht, nu bekend is dat ongeveer 25% van het heelal uit deze volstrekt onbekende materievorm lijkt te bestaan.

ANTARES gebruikt de aarde als een soort filter, omdat neutrino's de enige deeltjes zijn die in de meeste gevallen zonder enige belemmering dwars door de aarde heen kunnen vliegen. Alle andere deeltjes lopen vast. Daarom komt de voor ANTARES belangrijke informatie van beneden, en richten de detectoren zich naar de bodem van de zee. De telescoop meet dus eigenlijk de neutrino's die geproduceerd worden in het deel van het heelal dat zichtbaar is vanuit het zuidelijk halfrond.

Incidenteel botst een kosmisch neutrino toch met een atoomkern in de aardkorst. Als dat gebeurt, komt een muon met veel energie vrij; zoveel energie dat het muon zich voortbeweegt met de snelheid van het licht. In zee heeft dat tot gevolg dat het muon licht gaat uitstralen (Cherenkovstraling), bekend van de blauwige gloed van een kernreactor. De ANTARES detectorlijn bestaat uit optische modules die deze Cherenkovstraling zeer nauwkeurig kunnen registreren. Onderzoekers leiden uit de aankomsttijden van deze lichtsignalen de richting van de muonen af, en daaruit kan de oorspronkelijke richting van de neutrino's worden bepaald.

Nadeel van een detector in een 'natuurlijke' omgeving zoals de zee, is dat de omgeving niet geheel controleerbaar is. Inmiddels zijn al enkele stoorzenders geidentificeerd: bacterien en kleine visjes die licht uitzenden. Dat licht wordt ook waargenomen door ANTARES, maar kan - zeer opmerkelijk - ook gebruikt worden voor biologisch onderzoek aan deze levensvormen.

De neutrinotelescoop bestaat uit verticale kabels van 450 meter lengte, met om de 15 meter drie grote bollen, de optische modules die de lichtsignalen detecteren. In totaal bestaat de telescoop uit 12 lijnen met samen 900 van deze ogen. Eind 2007 zijn volgens plan alle lijnen geinstalleerd en kan de telescoop zijn volledige capaciteit benutten.

Met ANTARES is een permanente wetenschappelijke infrastructuur op de bodem van de zee gerealiseerd. Deze wordt multidisciplinair gebruikt; naast het hierboven beschreven onderzoek op het gebied van de astrodeeltjesfysica, worden er oceanografische, zeebiologische en geofysische metingen verricht.

ANTARES is een internationaal project waaraan ongeveer 150 onderzoekers deelnemen uit zes verschillende landen (Duitsland, Frankrijk, Italie, Nederland, Rusland en Spanje). Nederland heeft binnen dit project de informatietechnologie voor z'n rekening genomen, waarmee het mogelijk is geworden om in software de telescoop op verschillende astrofysische objecten te richten zonder dat de telescoop zelf wordt bewogen.

Illustraties

(klik op de foto's voor een hoge-resolutie versie)

1. De eerste detectorlijn van ANTARES, vlak voor het afzinken in de zee. De detectorlijn bestaat uit 25 optische modules, die elk weer uit drie lichtgevoelige detectoren bestaan (de glanzende glazen bollen). De gele boei dient om de detectorlijn verticaal in het water te laten staan. Door J. Hogenbirk (NIKHEF).

2. Schematische weergave van de ANTARES neutrino telescoop bestaande uit twaalf detectorlijnen. Per lijn zijn slechts 8 groepen van lichtgevoelige detectoren weergegeven, terwijl er in werkelijkheid 25 per lijn zijn. Ook zichtbaar is de op afstandbedienbare onderzeeboot die de aansluitingen op de zeebodem uitvoert. Door F. Montanet (CPPM).

Meer informatie

Voor animaties van de eerste echte muonsporen die met Line 1 gezien zijn, zie http://penn01.fnal.gov/~aart/line1/index.html, door Ronald Bruijn (NIKHEF/UvA).

Voor meer informatie over dit onderwerp kijk op http://antares.in2p3.fr (foto's http://antares.in2p3.fr/Gallery/3D/ en http://www.nikhef.nl/gallery/antares/)

Noot voor de redactie, niet voor publicatie

Contactpersonen:

Prof. Dr. Gerard van der Steenhoven, programmaleider Astroparticle Physics, NIKHEF/RuG, gerard@nikhef.nl, 020-592 2145
Mw. Drs. Gabby Zegers, wetenschapsvoorlichter NIKHEF, gabby.zegers@nikhef.nl, 020-592 5075