De nieuwe neutrinodetector ProtoDUNE is aangezet en heeft zijn eerste metingen verricht. Deze detector is met 565 kubieke meter ongeveer zo groot als een gemeentelijk zwembad, en is het prototype voor een reuzendetector in de VS, die negentig keer zo groot wordt. Deeltjesfysicus Frank Filthaut is betrokken bij het experiment op CERN en is verheugd dat de eerste tests van ProtoDUNE goede resultaten opleverden.
Waarom willen jullie neutrino’s bekijken?
‘Neutrino’s kunnen ons belangrijke informatie verschaffen over het universum. Deze ‘spookdeeltjes’ zijn in grote hoeveelheden aanwezig, maar vertonen weinig interactie met hun omgeving. Daardoor zijn ze moeilijk waar te nemen. Het lijkt erop dat een neutrino zich onderweg van een ster – waar hij ontstaat – naar de aarde anders gedraagt dan zijn tegenhanger, het antineutrino. Dit is in strijd de huidige theorieën. Als we kunnen achterhalen hoe dit komt, kunnen we hiermee misschien interessante vragen beantwoorden. Zo is het onduidelijk waarom we in het universum nog nauwelijks antimaterie hebben gevonden. Je zou ongeveer evenveel antimaterie als materie verwachten. Om hier meer inzicht in te krijgen gaan we met reuzendetector DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) in de VS voornamelijk naar de verschillen kijken tussen neutrino’s en antineutrino’s, die in een versneller worden gemaakt.’
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Waarom wordt er eerst een prototype gebouwd?
‘De grote detector is heel erg duur, dus je wilt zoiets niet gaan bouwen voordat je zeker weet dat het gaat werken. Het doel is om zeker te weten dat we de werking van de detector volledig begrijpen, ook als die straks negentig keer zo groot is. Met ProtoDUNE kunnen we heel precies in kaart brengen hoe de detector reageert op verschillende soorten deeltjes, afkomstig uit het versnellercomplex van CERN. Tot half november kunnen we gebruikmaken van de deeltjesbundels uit dit versnellercomplex, daarna ligt het complex enkele jaren stil in verband met onderhoud. De bouw van ProtoDUNE was dus een race tegen de klok. Ik was eerlijk gezegd verbaasd dat alles zo snel ging. We hebben alle zeilen moeten bijzetten om op tijd klaar te zijn, maar toen de detector eenmaal aan was gezet hebben we dezelfde dag nog de eerste sporen van deeltjes gezien, die ons helpen om de detector te testen.’
Verwachten jullie ook nieuwe ontdekkingen te doen met ProtoDUNE?
‘Nee, het is niet ons doel om met dit prototype belangrijke natuurkundige ontdekkingen te doen, het is echt een testdetector.’
Waarin verschilt ProtoDUNE van andere neutrinodetectoren?
‘Andere detectoren zijn gevuld met water of ijs. Wij gebruiken vloeibaar argon, een veel zwaarder materiaal, maar het principe blijft hetzelfde. Neutrino’s botsen met de argonatomen en uit deze botsingen ontstaan geladen deeltjes. Terwijl deze deeltjes wegschieten geven ze straling af en laten zo een lichtspoor achter in de detector. Deze sporen kun je vervolgens bestuderen. Met een relatief zwaar materiaal als argon werkt dit veel beter dan met water of ijs, maar er zijn ook nadelen. Zo moesten we elektronica maken die werkt bij een temperatuur van -184 °C.’
Waar bestaat de Nederlandse bijdrage uit?
‘We houden ons bezig met het verwerken van de signalen. Detectoren produceren gigantische hoeveelheden gegevens. We willen uiteindelijk een zo goedkoop en flexibel mogelijk systeem bouwen voor de verwerking hiervan. In plaats van het bouwen van specifieke elektronica voor alle detectoren, maken we insteekkaarten; kleine modules die de gegevens overbrengen op gewone computers. Die computers gaan vervolgens met de gegevens aan de slag. ProtoDUNE is de eerste detector op CERN waarbij dit systeem getest wordt met zulke grote hoeveelheden gegevens. Ook op dit gebied zijn we dus proefkonijn.’
Hadden jullie DUNE niet het liefst ook op CERN gehad?
‘Voor mijzelf als deeltjesfysicus zou ik het wel makkelijk vinden als alle experimenten op CERN zouden plaatsvinden. Maar ik denk dat het voor de deeltjesfysica in het algemeen heel slecht zou zijn als er in de VS geen grote projecten zouden plaatsvinden. Dan trekt de Amerikaanse politiek er op den duur geen geld meer voor uit.’
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees ook: