12 juli 2024

Voor in de boeken: neutrino’s zijn lichter dan 0,8 elektronvolt

Elektroden worden geïnstalleerd in de spectrometer van KATRIN. Credit: Joachim Wolf/KIT

Neutrino’s zijn elektrisch ongeladen elementaire deeltjes, die met miljarden per vierkante centimeter per seconde door je lichaam vliegen en waar je niets van merkt – zelfs een blok lood van een lichtjaar (circa 9,5 biljoen km) dik zou slechts de helft van de neutrino’s tegenhouden. Het neutrino werd in 1930 voor het eerst gepostuleerd door Wolfgang Pauli en in 1956 werd het ontdekt door Clyde Cowan, Frederick Reines en hun collegae. Lang werd gedacht dat de massa van het neutrino nul was, maar experimentele resultaten van bijvoorbeeld de Super-Kamiokande detector en het Sudbury Neutrino Observatory (SNO) hebben aangetoond dat neutrino’s tussen drie verschillende generaties kunnen oscilleren (overgaan van de ene generatie in de andere) en dat betekent dát ze massa moeten bezitten. Grote vraag is alleen hoeveel massa ze hebben en dat is best lastig te meten met zo’n ongrijpbaar deeltje. Bij het internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), jawel in Karlsruhe, hebben ze dat nu eindelijk kunnen meten.

KATRIN wordt hier door de smalle straten van Karlsruhe gereden. Credit: KATRIN/KIT.

Bij KATRIN maken ze gebruik van het bètaverval van tritium, een onstabiele waterstofisotoop, om de massa van het neutrino te bepalen via de energieverdeling van elektronen die vrijkomen bij het vervalproces. Dit vereist een grote technologische inspanning: het 70 meter lange experiment (zie de foto hierboven, waarmee je een indruk van het gevaarte krijgt) herbergt ’s werelds meest intense tritiumbron en een gigantische spectrometer om de energie van vervalelektronen met ongekende precisie te meten. Hieronder zie je de opbouw van het experiment.

Credit: Leonard Köllenberger/KATRIN Collaboration

Na één jaar van metingen blijkt dat het neutrino echt een lichtgewicht deeltje is en dat z’n massa maximaal 0,8 eV bedraagt – het is een bovenlimiet. Het gaat hier specifiek om de massa van een elektron anti-neutrino, één van die genoemde generaties. Er waren eerder al schattingen gemaakt van de massa van het neutrino, maar dat was niet gebaseerd op directe metingen, zoals nu wel het geval is. Met KATRIN wil men nu verder op zoek gaan naar het steriele neutrino, een hypothetische zwaardere versie van het neutrino, dat een kandidaat-donkere materie deeltje is. Hier het vakartikel over de metingen met KATRIN aan de massa van neutrino’s, verschenen in Nature. Bron: Phys.org.

Share

Speak Your Mind

*