'Spookdeeltjes' hebben toch gewicht; Verborgen massa in heelal ontdekt

ROTTERDAM, 5 JUNI.Neutrino's, de 'spookdeeltjes' die zo'n zwakke wisselwerking met materie hebben dat ze dwars door de aarde heen vliegen, bezitten massa, anders dan tot nu toe werd aangenomen. Dit hebben Japanse en Amerikaanse natuurkundigen vandaag op een conferentie in Takayama bekendgemaakt.

De ontdekking is van grote betekenis voor kosmologen die al jaren op zoek zijn naar de ontbrekende massa in het heelal, de zogenaamde 'donkere materie'. De huidige modellen van het heelal voorspellen veel meer massa dan in de kosmos valt waar te nemen. Nu bewezen is dat neutrino's massa hebben, zouden ze mooi het tot nu toe onverklaarbare tekort kunnen opvullen. Neutrino's komen vrij na botsingen van kosmische straling met de aardatmosfeer.

De bevinding is het resultaat van twee jaar meten met de Super-Kamiokande detector in Japan. Kosmologen hebben de vondst met grote belangstelling begroet. Volgens de Amsterdamse theoretisch fysicus prof. dr. K.J.F. Gaemers gaat het hier om “een buitengewoon boeiende ontdekking”. Gaemers: “Het Standaardmodel, dat de elementaire deeltjes beschrijft, zal moeten worden aangepast. Om redenen van eenvoud was de neutrinomassa daarin op nul gesteld, maar noodzakelijk is dat niet. Al een jaar of wat waren er onverklaarbare dingen aan de hand met de neutrino's en voor het eerst komt er nu een experimentele groep met resultaten die onbetwistbaar lijken.”

Het neutrino is als elementair deeltje in 1930 door Wolfgang Pauli gepostuleerd. In 1956 is het bestaan experimenteel aangetoond. Later bleken er neutrino's in drie soorten te bestaan, met elektron-, muon- of tau-'smaak'. Wanneer deze varianten in elkaar kunnen overgaan, zo ontdekten theoretici, dan was ook bewezen dat neutrino's een massa hebben.

Naar dit wisselen van smaak bij neutrino's zijn fysici over de hele wereld al jaren op zoek. Het Japans-Amerikaanse team dat nu met zijn resultaten naar buiten komt is het eerste met harde bewijzen. De Super-Kamiokande detector bevindt zich, om verstorende invloeden tegen te gaan, op 1000 meter diepte in een oude zinkmijn in Mozumi, in de Japanse Alpen. Hij bestaat uit een roestvrij stalen tank gevuld met 50.000 ton ultrazuiver water en is omgeven door 13.000 lichtdetectoren. Deze nemen de flitsjes waar die ontstaan wanneer een neutrino een zuur stof atoom in de tank treft. Daarbij komen 'secondaire' deeltjes vrij die de lichtsnelheid in water overtreffen en daardoor straling uitzenden.

Na twee jaar meten komen de onderzoekers tot de conclusie dat de Super-Kamiokande ongeveer evenveel elektron- als muonneutrino's ziet. Maar volgens de theorie had de tweede smaak dubbel zo vaak moeten voorkomen. Natrekken van foutenbronnen hield het experimentele resultaat staande. De enige uitweg uit deze anomalie is dat de 'zoekgeraakte' muon-neutrino's door de aarde heen op weg richting watertank van smaak hebben gewisseld. Waarmee hun massa is aangetoond.

    • Dirk van Delft