Ze gaven de spookdeeltjes hun gewicht

Fysici krijgen Nobelprijs voor ontdekking dat neutrino's van gedaante kunnen wisselen

Ze losten het raadsel van de neutrino's op. Deze atomaire deeltjes verdwijnen niet, bewezen Takaaki Kajita en Arthur McDonald, ze wisselen alleen soms van gedaante. De Japanner (1959) en de Canadees (1943) werden gisteren voor deze ontdekking beloond met de Nobelprijs voor natuurkunde. Ze hebben volgens het Nobelcomité ons begrip van de atomaire wereld veranderd, én onze kijk op het heelal.

Neutrino's zijn alomtegenwoordig. Elke seconde schieten biljoenen neutrino's door eenieders lichaam. Niemand merkt daar iets van. Neutrino's laten hun aanwezigheid zelden blijken. Een moderne detector registreert er hooguit een paar per dag. Dat is al meer dan zijn bedenker vermoedde. Toen de Oostenrijkse fysicus Wolfgang Pauli in 1930 opperde dat dit spookdeeltje moest bestaan, zou hij hebben verzucht, dat het nooit ontdekt kon worden.

Een kwarteeuw later lukte het de fysici Frederick Reines en Clyde Cowan toch toen ze hun detector in een kerncentrale opstelden. Ze kregen er in 1995 de Nobelprijs voor. Maar de raadsels waren daarmee 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.

Dat kon eigenlijk niet. Volgens de theorie waren er drie generaties van elementaire deeltjes en had elke generatie haar eigen neutrino. Niet alleen het 'gewone' neutrino dat bij het elektron hoorde, 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 die hadden ze niet.

In 1998 toonde Kajita aan dat ze wél wisselden. In een onderaardse detector in de buurt van Tokio zag hij een verschil tussen de neutrino's die direct uit de ruimte kwamen, en de neutrino's die vanuit de ruimte eerst door de aarde waren geschoten. De tweede groep telde minder muon-neutrino's, en de enige verklaring was dat ze op hun reis door de aarde van gedaante waren veranderd.

McDonald zag op het Sudbury observatorium bij Ontario 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 echter kijken naar alle neutrino's, dan klopte het sommetje weer. Ergo: de zonneneutrino's waren veranderd in muon- of tau-neutrino's.

De conclusie van beider werk moest wel zijn: neutrino's hebben massa. De theorie kan deze correctie wel hebben. Maar er rijzen nieuwe vragen. Hoeveel massa hebben de neutrino's dan? En is dat genoeg om de ontbrekende massa in het heelal te verklaren? De antwoorden zijn 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