RAADSEL VERDWENEN ZONNENEUTRINO'S NA DERTIG JAAR OPGELOST

Neutrino's uit het inwendige van de zon kunnen op weg naar de aarde van gedaante verwisselen. Om die reden zien we er met onze detectors minder dan verwacht. Wetenschappers verbonden aan het Sudbury Neutrino Observatorium in Canada presenteerden afgelopen maandag dit resultaat na twee jaar meten aan de `spookdeeltjes'. Hiermee is het dertig jaar oude raadsel van de verdwenen zonneneutrino's opgelost.

Neutrino's behoren net als elektronen, quarks en fotonen (lichtdeeltjes) tot de kleinste bouwstenen van de materie. Ze zijn ongeladen en vertonen zo weinig interactie met andere materie dat ze met gemak dwars door de aarde kunnen vliegen, wat hun detectie bijzonder lastig maakt. Er zijn drie varianten: het elektron-, het muon- en het tau-neutrino. Elektron-neutrino's worden in grote hoeveelheden geproduceerd in het inwendige van de zon. Op basis van modellen die de fusiereacties aldaar beschrijven is het aantal zonneneutrino's dat we op aarde zouden moeten waarnemen te voorspellen: een kleine vijf miljoen per seconde per cm².

Vanaf 1970 is in diverse experimenten het aantal zonneneutrino's geteld, met als uitkomst dat ten minste de helft zoek was. Was er iets mis met het model van het inwendige van de zon, of deugden de detectoren op aarde niet? Geen van beide blijkt het geval, naar nu blijkt. De oplossing van het raadsel van de verdwenen neutrino's schuilt erin dat de elektron-neutrino's die vanuit de zon vertrekken op weg naar de aarde veranderen in muon- of tau-neutrino's. Omdat de detectoren voor die laatste typen niet gevoelig waren, leek het of er een aantal zoek was geraakt. Het idee dat neutrino's van gedaante kunnen wisselen is in 1998 aangetoond met behulp van de Super-Kamiokande detector in Japan. Het ging toen om neutrino's die onder invloed van kosmische straling hoog in de aardatmosfeer waren gevormd.

De Canadese Sudbury-detector bestaat uit een kunststof vat met 1000 ton zwaar water (waarin de gewone waterstof is vervangen door deuterium). Het geheel is, omgeven door 40.000 ton gewoon water ter afscherming van ongewenste straling, gebouwd in een nikkelmijn, op 2 kilometer onder de grond. Wanneer een neutrino een deuteriumkern (een proton en een neutron) treft, ontstaan twee protonen en een elektron. Dit elektron beweegt harder dan de lichtsnelheid in water, met als gevolg dat kegels van Cerenkov-straling worden opgewekt die door in totaal 10.000 fotodetectoren op de wand van het vat wordt geregistreerd. Ook is het mogelijk dat een neutrino tegen een elektron ketst. Alleen Budbury is in staat de sterkteverhouding van deze twee mechanismes waar te nemen. In totaal werden dagelijks zo'n acht elektron-neutrino's gezien.

Door de gemeten aantallen neutrino's te vergelijken met tellingen door de Super-Kamiokande, die volgens een ander detectiemechanisme werkt en in zekere mate ook gevoelig is voor muon- en tau-neutrino's, werd duidelijk dat Sudbury er minder zag dan Japan. De conclusie is dat van de elektro-neutrino's uit de zon een aantal getransformeerd moet zijn in een ander type. Het totale aantal neutrino's dat de aarde bereikt blijkt in overeenstemming met wat theoretici voorspelden.