Jagen op spookachtige neutrino’s onder het zee-oppervlak

Els Koffeman is sinds 7 juni hoogleraar instrumentatie in de deeltjesfysica aan de UvA. Deze ervaringsdeskundige in deeltjesdetectoren bouwt nu aan een telescoop die de meest ongrijpbare deeltjes uit de moderne fysica kan waarnemen: neutrino’s.

Els Koffeman. Beeld: Nikhef.

U bent nu bezig met de detectie van neutrino’s; hoe kunt u die meten?

“Neutrino’s zijn de lastigste deeltjes om te meten, omdat ze alleen maar de zwakke kernkrachten voelen. Die krachten zijn niet direct meetbaar. Ze zijn alleen te detecteren in heel grote detectievolumes, van tonnen groot. Dan kom je uit bij grote tanks met water. Water is overal beschikbaar en gratis. Ook heeft het nog eens verrassend goede detectie-eigenschappen.”

“Een neutrino gaat maar zelden een interactie aan. Daarbij kan dan een zwaarder geladen partnerdeeltje ontstaan. Dat deeltje krijgt veel energie en gaat bewegen in het water. In het water kunnen deeltjes snelheden bereiken die groter zijn dan de lichtsnelheid. Dan slepen ze een kegelvormig spoor achter zich aan. Aan de zijkanten van dat spoor stapelen golven zich op en ontstaat er straling. Met een detector kunnen we de straling in het water meten. Dit doen we nu in de Middellandse Zee bij dieptes rond de 3 kilometer bij Frankrijk en Italië.”

Wat ziet u als die straling ontstaat?

“De straling kun je direct waarnemen doordat er licht ontstaat. Dit is blauw zwak licht, waar je wel heel goed naar moet kijken voordat je het kunt zien. Het wordt Tsjerenkov-licht genoemd. Het is alleen niet te zien bij daglicht.”

Tekening van neutrinodetector KM3MeT in de Middellandse Zee. Beeld: KM3NeT.

Hoe verloopt het ontwerpproces van een detector in zee?

“We staan nog aan de beginfase van deze detector en de omstandigheden in zee zijn ontzettend zwaar. Je hebt te maken met de druk diep in de zee en het zoute water zorgt voor corrosie. Hierdoor weet je dat de levensduur van de detector niet ontzettend lang is, waarschijnlijk maar tien tot vijftien jaar.”

“Het moeilijkste punt is het installeren van de detector. Dit is zeer risicovol. Zodra de detector van het schip in zee gaat, krijgt die harde klappen. Het afwikkelen van de detector moet echt in een rechte lijn, zonder dat er iets achter blijft hangen. Wanneer je besluit te starten met de installatie, dan is het maar afwachten hoe het afloopt. Je kunt dan zelf niks doen. Het gaat best gewelddadig. De detector kan hard op de zeebodem neerkomen. Het gaat heel vaak goed, maar helaas niet altijd. Soms gaat er wat stuk.”

“De detector wordt met lange lijnen verankerd aan de zeebodem. Als het eenmaal staat, gebeurt er verder niks meer.”

LEESTIP In dit boek leest u alles over het meest spookachtige deeltje uit de moderne fysica. Nu tijdelijk van €19,95 voor €6,99. Bestel meteen in onze webshop.

Welke dingen gaan er dan soms fout?

“Alles wat je onder water verandert, brengt weer risico’s met zich mee. Al veranderen we maar iets heel kleins. Zo hadden we een heel klein ringetje aangepast. Hierdoor kon de gel om het ringetje niet meer goed hard worden. Je mag echt niets over het hoofd zien.”

“Verder hebben we vreemde pechsituaties gehad. Een keer was titanium spontaan uit elkaar gevallen en dat gebeurt nooit. Niemand begreep waardoor dit kwam. Uiteindelijk bleek dat de plaat titanium waar we onze onderdelen uithaalden net niet goed was gewalst. Hierdoor ontstonden heel kleine verontreinigingen in de plaat. Gelukkig kwamen we erachter voordat het allemaal in zee belandde.”

Wat is uw taak binnen het ontwerpproces?

“Ik ben de technische coördinator. Mijn taak is om ervoor te zorgen dat alle ontwerpprocessen van de detector worden uitgevoerd. Dit is nog best uitdagend. We zijn nu klaar met de ontwerpfase, maar dat is voor veel mensen tegen hun wetenschappelijke gevoel in. Normaal wil je als wetenschapper alles beter maken, maar nu moeten we daar op een gegeven moment mee stoppen. We moeten namelijk honderd precies dezelfde lijnen zien te krijgen voor de detector en niet lijnen die allemaal steeds een stukje beter zijn. Onze eigen wetenschappelijke prikkels moeten we daarbij echt onderdrukken.”

De kennis die u bij het ontwerpen van deeltjesdetectoren opdoet, kunt u weer gebruiken voor medische toepassingen. Hoe doet u dit?

“Ik werkte in Cern met detectoren die goed tegen straling kunnen. Die kunnen we commercieel interessant maken voor het gebruik van röntgenstraling op radiologieafdelingen van ziekenhuizen, bijvoorbeeld voor CT-scans. Het is alleen wel lastig om ze geschikt te maken voor de medische wereld. Radiologen zijn gewend aan een bepaalde methode en hebben bij nieuwe apparatuur een andere opleiding nodig. Ze moeten dit wel echt willen. Ik zeg voor de grap weleens: we moeten de medische apparaten maar een heel klein beetje beter maken, dan kunnen ze er nog mee werken.”

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Marleen Hoebe

Marleen Hoebe is stagiaire bij New Scientist. Ze studeert neurobiologie en is geïnteresseerd in verschillende wetenschapsonderwerpen. Ze doet nu dan ook een specialisatie in wetenschapscommunicatie. In haar vrije tijd gaat ze graag hockeyen of een stukje hardlopen.



4 Reacties

  • Stas

    | Beantwoorden

    “Dat deeltje krijgt veel energie en gaat bewegen in het water. In het water kunnen deeltjes snelheden bereiken die groter zijn dan de lichtsnelheid.”

    Groter dan de lichtsnelheid ?
    Dat lijkt me heel sterk.

    • Martin

      | Beantwoorden

      Slordig hoor!

    • Steven

      | Beantwoorden

      Bedoeld wordt een snelheid groter dan de snelheid van licht in water, dat is c/n (lichtsnelheid gedeeld door brekingsindex).

      Iets dergelijks veroorzaakt het blauwe licht in het waterbassin van een kerncentrale (Tsjerenkovstraling).

  • Ron

    | Beantwoorden

    De hele dure neutrinodetector in de Middelandse zee is weggooid geld. Wanneer wordt er nu eens in Europa gewoon echt samengewerkt met bijvoorbeeld de Canadezen, want die hebben al een hele goede reputatie op neutrino onderzoek.
    Instrumentatie in de deeltjesfysica op topniveau:
    https://www.sno.phy.queensu.ca/
    https://www.snolab.ca/
    Bedankt voor het interessante Europese artikel Marleen!

Plaats een reactie