17 juli 2019

Hoe staat ‘t met de jacht op neutrino’s afkomstig van de oerknal?

Het heelal ontstond zo’n 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal. Hoe verder weg objecten staan waar we naar kijken des te ouder ze zijn, want licht reist per slot van rekening met de lichtsnelheid. Het oudste licht in het heelal dat we kunnen zien is dat van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling met een huidige temperatuur van 2,7 K, die 379.000 jaar na de oerknal loskwam van de materie en toen vrij door het heelal kon reizen. Met licht kunnen we niet verder terugkijken, dat moment na de oerknal is ‘het oppervlak van de laatste verstrooiing‘ en voorbij dat moment is er geen licht dat we kunnen zien. Hypothetisch kunnen we echter wel voorbij dat moment kijken en wel door twee andere dingen te zien:

  • primordiale zwaartekrachtsgolven, daterend een fractie van een seconde na de oerknal
  • primordiale neutrino’s, daterend van een seconde na de oerknal

Van die primordiale zwaartekrachtsgolven werd maart 2014 gedacht dat ze ontdekt waren met de BICEP2 detector op de Zuidpool, maar dat bleek onjuist te zijn en de ware bron van de gemeten B-mode polarisatie bleek stof in de Melkweg te zijn. Daar zullen we ‘t nu maar even niet meer over hebben. Maar hoe staat het met die neutrino’s, afkomstig van de oerknal? In theorie zouden er 1 seconde na de oerknal neutrino’s moeten zijn ontstaan, die nu nog waarneembaar zou moeten zijn als een kosmische neutrino-achtergrond (Engelse afkorting CNB of CνB, ‘ν’ is het symbool voor neutrino’s), welke nu een temperatuur van 1,95 K zou hebben. Per cm³ zouden er  in het heelal volgens de modellen 330 primordiale neutrino’s moeten zitten. Probleem is dat neutrino’s veel minder reageren met gewone materie dan de fotonen van licht en dat maakt het heel lastig om ze te detecteren – neutrino’s vliegen met gemak dwars door een blok lood van een lichtjaar doorsnede. En als je neutrino’s detecteert, zoals ze doen bij IceCube op de Zuidpool, dan moet je ook nog onderscheid maken tussen neutrino’s van de zon, van bronnen in de Melkweg en andere sterrenstelsels en de primordiale neutrino’s van de oerknal. Da’s allemaal knap lastig.

Princeton natuurkundige Chris Tully in het PTOLEMY laboratorium (credit: Elle Starkman/Office of Communications).

Maar bij het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) zijn ze bezig om een detector te bouwen, die focust op primordiale neutrino’s. In het kader van het PTOLEMY project bouwen ze daar een detector, die gebruikt maakt van tritium, een radioactief isotoop van waterstof, omgeven door een vacuüm ruimte (zie afbeelding hierboven). Dat tritium zou kunnen reageren met neutrino’s en omdat de neutrino’s afkomstig van verschillende bronnen allemaal een bepaalde energie hebben, die als een soort van kosmische vingerafdruk gebruikt kan worden, zouden de primordiale neutrino’s kunnen worden onderscheiden van de andere neutrino’s (zie afbeelding hieronder, primordiale neutrino’s aangegeven als kosmologische ν).

Komende zomer gaan ze voor ‘t eerst aan de slag met PTOLEMY om primordiale neutrino’s te zoeken en daarbij wordt gebruik gemaakt van 1/100e gram tritium. Later wordt dat uitgebreid en in 2017 willen ze met 100 gram van dat spulletje gaan werken. Hopen dat het allemaal gaat lukken en dat we daarmee weer een stapje dichterbij de oerknal zijn gekomen, het moment dat het heelal ontstond. Overigens in dit verband: er zijn berichten dát deze primordiale neutrino’s reeds zijn waargenomen, echter hier gaat het om een indirecte waarneming, gebruikmakend van een faseverschuiving in de CMB! Directe detectie moet nog gebeuren – vergelijkbaar met de indirecte detectie van stellaire (géén primordiale) zwaartekrachtsgolven in 1974 en de directe detectie van deze zwaartekrachtsgolven in 2015. Bron: Princeton + Francis Naukas.

Reacties

  1. FredvdSanden zegt

    “Het heelal ontstond zo’n 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal.”….

    Is dat zo zeker ja? Dacht dat de mening dat vandaag de dag nogal over uiteen liepen…Het heelal ontstond zo’n 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal.

    • Ja dat klopt, de meningen lopen uiteen, zoals dat over zo’n beetje ieder denkbaar onderwerp het geval is. Maar het is wel zo dat de meeste aanwijzingen die er zijn een oerknalmodel ondersteunen. Voor alternatieve meningen zijn minder observationele aanwijzingen. Mocht jij die wel hebben dan hou ik mij van harte aanbevolen.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: