Niets kan sneller dan het licht. Als je binnen de natuurkunde ergens van op aan kan, is het wel die wetmatigheid, zou je zeggen – met dank aan Albert Einsteins speciale relativiteitstheorie.
Toch leken in het najaar van 2011 extreem lichte deeltjes genaamd neutrino’s deze vertrouwde regel aan hun laars te lappen. Die waren van het Europese deeltjeslab CERN bij Genève naar het experiment OPERA in Italië gereisd in net iets minder tijd dan een lichtstraal daarover zou hebben gedaan.
Wil je neutrino’s meten, dan kom je er niet met een apparaat dat op je keukentafel past. Deze extreem lichte deeltjes zijn namelijk bizar moeilijk te ‘zien’. Het overgrote deel van de neutrino’s die de aarde uit het heelal bereiken, schiet ongehinderd door onze hele planeet heen.
Maar heel af en toe knalt zo’n neutrino op een atoomkern met een meetbaar signaaltje tot gevolg. En dus moet je neutrinodetector enorm zijn. Zodat ie zóveel atoomkernen bevat, dat er met enige regelmaat érgens een neutrinobotsing plaatsvindt.
En enorm, dat zijn neutrino-experimenten. Neem IceCube, dat met duizenden detectors een kubieke kilometer aan Zuidpoolijs in de gaten houdt. Of KM3NeT, dat een vergelijkbare hoeveelheid Middellandse Zee-water bestudeert.
Probleem is alleen: als we de zeldzaamste neutrino’s willen opmerken, is ook enorm niet meer groot genoeg. In een kubieke kilometer aan materie vindt dan gemiddeld maar één botsing per decennium plaats – en dat is wel erg karig.
Maar ja, er zit een grens aan hoeveel ijs of water je vol detectors kunt hangen voordat de kosten écht de pan uit rijzen. Daarom bedacht experimenteel astrodeeltjesfysicus Steven Prohira van de Universiteit van Kansas in de VS een eenvoudiger alternatief: gebruik bomen als neutrinodetectors.
Lees het hele artikel, eerder verschenen in KIJK 4/2024, nu op de KIJK-site.
Als bordspellenfanaat, schrijver van twee boeken over deeltjes én Leids alumnus kon ik er natuurlijk niet niks mee doen: Elementary, het kaartspel ontwikkeld de Leidse natuurkundestudent Serafine Beugelink, onder meer te koop in de shop van CERN. Op de site van de Nederlandstalige New Scientist en in het nieuwe nummer lees je mijn interview met haar.
Ik hoorde er voor het eerst over bij het schrijven van dit nieuwsbericht voor Scientias: relic neutrino’s. (Ik heb ze maar geen relikwieneutrino’s of reliekneutrino’s genoemd; op zich helemaal voor Nederlandse termen, maar dan moet iemand ze wel daadwerkelijk gebruiken.) Oftewel: deeltjes van vlak na de oerknal, die nog steeds overal te vinden zouden moeten zijn. Helaas hebben ze inmiddels zó weinig energie dat we er nog nooit eentje hebben kunnen meten.
En voorlopig blijft het ook een redelijk hopeloze zoektocht, citeerde ik deeltjesfysicus Aart Heijboer in het Scientias-bericht. Op Twitter reageerde vervolgens de Nijmeegse hoogleraar Nicolo de Groot dat er wel degelijk plannen waren om deze deeltjes op niet al te lange termijn waar te kunnen nemen. Die opmerking bleek te gaan over het experiment PTOLEMY, waar ik eerder deeltjesfysicus Auke Pieter Colijn al kort over sprak, in een interview over het donkere-materie-experiment XENONnT ging. Leuk voor een heel artikel, dacht ik gelijk, al duurde het even voor ik er iets mee kon doen. Het resultaat vind je nu in KIJK 5/2023.
Nieuws – althans, een klein beetje nieuws – op het front van de massa van het W-boson.
Afgelopen zomer schreven we in KIJK uitgebreid over het W-boson. Of, specifieker: over de meest recente meting van de massa van dit deeltje. Die was toen net gepubliceerd door een team dat aan de slag was gegaan met alle data verzameld door het Amerikaanse experiment CDF. Wat deze meting zo bijzonder maakte: de massa die deze onderzoekers vonden, lag boven de massa die de theorie voorspelt. En dat zou kunnen duiden op – bijvoorbeeld – nieuwe deeltjes.
Alleen: zoals één zwaluw nog geen zomer maakt, zo moet je als natuurkundige ook niet al te hard van stapel lopen als één experiment met een onverwacht resultaat komt. Eerst maar eens afwachten wat andere experimenten over hetzelfde fenomeen te zeggen hebben. Vinden die ook iets geks, dan heb je misschien echt iets nieuws in handen. Doen ze dat niet… Dan zou het zomaar kunnen dat er bij dat ene experiment iets mis is gegaan.
Afgelopen week deed ATLAS, het grootste experiment dat deeltjesbotsingen in de versneller LHC bestudeert, een duit in het zakje. Dat publiceerde een nieuwe analyse… En die strookt met de eerdere ATLAS-waarde uit 2017, én met de theoretische voorspelling.
Neutrino’s zijn extreem lichte, moeilijk te meten deeltjes die bijna overal dwars doorheen schieten. Ze werden alweer bijna zeventig jaar geleden ontdekt, maar bezorgen wetenschappers nog steeds hoofdbrekens. Op allerlei manieren gedragen ze zich namelijk niet helemaal volgens de regeltjes die wij voor ze bedacht hebben.
Een mogelijke verklaring luidt dan vaak: naast de bekende drie soorten ‘gewone’ neutrino’s bestaat er nog een vierde neutrino. Dat zou dan een zogenoemd steriel neutrino zijn, dat nóg veel moeilijker te meten is. Maar nieuwe resultaten van het Franse experiment STEREO lijken in elk geval één van die steriele-neutrino-verklaringen af te serveren.
Lees het hele (alweer wat oudere – sorry) bericht op de site van de Nederlandstalige editie van New Scientist.
Vergeten hier te posten, maar wel een belangrijke update bij dit KIJK-artikel van eind 2021:
Het gold als een van de interessantste resultaten binnen de deeltjesfysica sinds de ontdekking van het higgsdeeltje: het feit dat er bij het verval van bepaalde deeltjes minder vaak muonen ontstaan dan je zou verwachten. Zou die afwijking van onze huidige deeltjestheorie, blootgelegd met het deeltjesexperiment LHCb, wijzen op het bestaan van nieuwe deeltjes of nieuwe natuurkrachten?
Terwijl theoretici enthousiast alle mogelijke oorzaken voor zo’n afwijking verkenden, ging het LHCb-team verder met het analyseren van data. En eerder deze maand maakten ze bekend: er is bij nader inzien toch geen verschil tussen hoe vaak er bij een verval muonen ontstaan, en hoe vaak hun lichtere broertjes opduiken, de bekendere elektronen.
Precies zoals de deeltjestheorie voorschrijft, dus? Niet per se.
Ze vormen een ingrediënt van elk atoom: protonen. Maar hoe deze alomtegenwoordige deeltjes precies in elkaar zitten, is nog altijd niet helemaal duidelijk. Zo blijkt nu dat ze zich anders gedragen dan onze huidige theorie voorschrijft als je ze confronteert met een elektrisch veld. Waar dat door komt, is nog onduidelijk.
Lees het hele bericht op de KIJK-site. Weer eentje voor mijn verzameling natuurkundige anomalieën.
Deze zomer tien jaar geleden maakten natuurkundigen op CERN de ontdekking van het higgsdeeltje beken. In Het eiland dat Higgs heet blikken Stan Bentvelsen en Martijn van Calmthout, respectievelijk directeur en hoofd communicatie van deeltjesinstituut Nikhef, terug op deze mijlpaal en wat daarop volgde. Daarbij is Higgs in het boek een pas ontdekt eiland, met een kust, een hoofdstad, een achterland, bergen, en trekpleisters met namen die verwijzen naar andere deeltjes, zoals Tau Flats en Top Hill.
Lees de volledige recensie op de site van de Nederlandstalige New Scientist.
Tien jaar geleden ontdekten natuurkundigen het higgsboson: het laatste deeltje waarvan we eigenlijk wel wisten dat het moest bestaan, maar dat nooit eerder experimenteel was aangetoond. Een mijlpaal van jewelste, waarvan het jubileum afgelopen zomer feestelijk werd gevierd. Veel minder aandacht kreeg ondertussen een artikel dat verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Terwijl dat toch óók de ontdekking van een higgsdeeltje aankondigde. Een ‘axiaal’ higgsboson, om precies te zijn.
Alsof een extra higgsdeeltje nog niet genoeg is, zou dit deeltje bovendien de weg kunnen wijzen naar de oplossing van misschien wel het heetste hangijzer uit de natuur- en sterrenkunde: het donkerematerieprobleem. Vijf zesde van het heelal lijkt te bestaan uit deeltjes die we niet kunnen zien, maar die met hun zwaartekracht wel hun omgeving beïnvloeden. En nu had een Amerikaans team van wetenschappers een deeltje ontdekt dat daar een verklaring voor zou kunnen bieden! Waar is de champagne, mensen?
Lees het hele stuk – eerder verschenen in KIJK 9/2022 – nu op de KIJK-site!
Interessant? Links naar eerdere andere afleveringen in dezelfde reeks Far Out vind je hier.