Nobelprijs Natuurkunde voor ontraadselen van de neutrino's

Nobelprijswinnaar A.B. McDonald en een illustratie van zijn onderzoek naar neutrino's.Beeld afp

Ze losten het raadsel van de neutrino's op. De spookdeeltjes verdwijnen niet, bewezen Takaaki Kajita (1959) en Arthur McDonald (1943). De deeltjes wisselen soms van gedaante. De Japanner en de Canadees werden gisteren voor deze ontdekking beloond met de Nobelprijs voor natuurkunde.

Neutrino's zijn alomtegenwoordig. Elke seconde schieten biljoenen neutrino's door eenieders lichaam. Niemand merkt daar iets van. Neutrino's reageren hoogst zelden met andere atomaire deeltjes. Toen de Oostenrijkse fysicus Wolfgang Pauli in 1930 opperde dat het deeltje moest bestaan, verzuchtte hij naar verluidt, dat het nooit ontdekt zou worden. Een kwarteeuw later lukte het twee fysici, Frederick Reines en Clyde Cowan, toch - ze kregen er in 1995 de Nobelprijs voor.

Maar de raadsels waren toen nog niet opgelost. Zo was duidelijk dat de zon vele neutrino's produceerde, maar op aarde werd slechts een derde van de verwachte hoeveelheid gemeten. Eén verklaring was dat de neutrino's op hun weg naar de aarde een andere jas aantrokken en zo aan de aandacht van de detectoren ontsnapten.

Elementaire deeltjes
Volgens de theorie zijn er drie families van elementaire deeltjes en elke familie heeft zijn eigen neutrino. Niet alleen het 'gewone' neutrino dat hoort bij het elektron, maar ook een muon- en een tau-neutrino. Maar diezelfde theorie schreef voor dat neutrino's niet van gedaante konden wisselen. Dat kon alleen als ze massa hadden, en dat hadden neutrino's niet.

In 1998 toonde Kajita daarentegen aan dat ze wel wisselden. Zijn onderaardse detector, de Super-Kamiokande, registreerde tussen de neutrino's die direct uit de ruimte kwamen, vaker muon-neutrino's dan in de stroom neutrino's die vanuit de ruimte eerst door de aarde waren geschoten. De enige verklaring was dat die tweede groep neutrino's in de aarde van gedaante waren veranderd.

McDonald zag iets vergelijkbaars aan de neutrino's van de zon. Dat zijn van oorsprong elektron-neutrino's, maar McDonald nam slechts een derde waar van wat hij verwachtte. Liet hij zijn detectoren kijken naar alle neutrino's, dan klopte het sommetje weer.

Ergo: de zonneneutrino's waren veranderd in muon- of tau-neutrino's. De conclusie moest dan wel zijn: neutrino's hebben massa. Hoeveel massa, en of dat genoeg is om de ontbrekende massa in het heelal te verklaren, zijn na deze ontdekking de nieuwe vragen.

Het antwoord daarop is zeker goed voor een nieuwe Nobelprijs.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden