Neutrino’s oscilleren voortdurend van de ene in de andere generatie. Credits: Wikimedia Commons.
Onderzoekers van Indiana University hebben een belangrijke stap gezet in ons begrip van het heelal dankzij een samenwerking tussen twee toonaangevende internationale neutrino-experimenten. Neutrino’s zijn extreem kleine, bijna massaloze deeltjes die met de lichtsnelheid constant door de ruimte, langs planeten en zelfs ons lichaam bewegen, maar zelden met iets reageren. Bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Nature brengen wetenschappers dichter bij het beantwoorden van een fundamentele vraag: waarom bevat het heelal materie zoals sterren, planeten en leven in plaats van leeg te zijn?
De doorbraak is het resultaat van een ongekende gezamenlijke analyse van gegevens van het NOvA-experiment in de Verenigde Staten en T2K in Japan. Deze twee neutrino-projecten op lange afstand behoren tot de meest geavanceerde in hun soort. Door hun resultaten te combineren, kunnen onderzoekers neutrino’s en hun antimaterie-tegenhangers beter bestuderen, wat inzicht biedt in waarom het heelal niet onmiddellijk na de oerknal is uit elkaar gevallen.
In beide experimenten genereren natuurkundigen bundels neutrino’s met behulp van deeltjesversnellers en sturen deze over enorme ondergrondse afstanden naar gigantische detectoren. Het detecteren ervan is buitengewoon moeilijk. Van de talloze geproduceerde deeltjes laat slechts een klein deel meetbare signalen achter. Geavanceerde detectoren en krachtige software worden vervolgens gebruikt om deze zeldzame interacties te reconstrueren en te bestuderen hoe neutrino’s veranderen tijdens hun reis.
Het super-Kamiokande neutrino observatorium. Credit: Super-Kamiokande collaboration
Neutrino’s en het mysterie van materie en antimaterie
Neutrino’s behoren tot de meest voorkomende deeltjes in de kosmos. Ze dragen geen elektrische lading en hebben vrijwel geen massa, waardoor ze ongelooflijk moeilijk te detecteren zijn. Diezelfde eigenschap maakt ze echter tot onmisbare instrumenten om de diepste natuurwetten te onderzoeken.
Een van de grootste raadsels in de kosmologie is waarom het universum gedomineerd wordt door materie. De oerknal zou gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten hebben gecreëerd. Wanneer materie en antimaterie elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar in een energiestoot. Als het vroege universum perfect gelijke hoeveelheden van beide had bevat, zou alles verdwenen zijn. In plaats daarvan was er een lichte onbalans in het voordeel van materie, waardoor sterrenstelsels, sterren, planeten en leven konden ontstaan.
Wetenschappers denken dat neutrino’s kunnen helpen die onbalans te verklaren. Neutrino’s bestaan in drie varianten, of ‘smaken’, bekend als elektron, muon en tau. Terwijl ze zich door de ruimte bewegen, kunnen ze van de ene smaak naar de andere overgaan in een proces dat oscillatie wordt genoemd. Als neutrino’s en antineutrino’s op verschillende manieren oscilleren, zou dat verschil een verklaring kunnen zijn voor waarom materie uiteindelijk de overhand kreeg.
The joint analysis of datasets from NOvA and T2K, the two currently operating long-baseline neutrino oscillation experiments, provides new constraints related to neutrino masses and fundamental symmetries, according to a paper in Nature. go.nature.com/4nhke5S ⚛️ 🧪
— Nature Portfolio (@natureportfolio.nature.com) 25 oktober 2025 om 00:09
NOvA en T2K bundelen hun krachten
De nieuwe studie in Nature is bijzonder omdat er gegevens van twee toonaangevende neutrino-observatoria in worden gecombineerd. NOvA (het NuMI Off-axis νe Appearance-experiment) stuurt een neutrinobundel over een afstand van 810 kilometer van het Fermi National Accelerator Laboratory bij Chicago naar een detector van 14.000 ton in Ash River, Minnesota. Het Japanse T2K-project stuurt ondertussen een bundel over een afstand van 295 kilometer van de J-PARC-versneller in Tokai naar de enorme Super-Kamiokande-detector onder de berg Ikenoyama.
Door de resultaten samen te analyseren, hebben onderzoekers hun vermogen om het gedrag van neutrino’s te meten aanzienlijk verbeterd. Volgens een persbericht van Nature: “Het combineren van de analyses maakt gebruik van de complementaire gevoeligheden van de twee experimenten en toont de waarde van samenwerking aan.” De grotere afstand die NOvA door de aarde aflegt en de kortere, maar intensere bundel van T2K zorgen voor complementaire sterke punten, waardoor wetenschappers hun metingen met uitzonderlijke precisie kunnen vergelijken en verfijnen.
Door de datasets te combineren konden de teams de parameters die neutrino-oscillaties beheersen beter bepalen, met name die parameters die verband houden met de verschillen tussen neutrino’s en antineutrino’s. De resultaten richten zich op CP-symmetrie (lading-pariteitssymmetrie), het principe dat materie en antimaterie identieke natuurkundige wetten zouden moeten volgen en zich als elkaars spiegelbeeld zouden moeten gedragen.
Nature research paper: Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments
go.nature.com/42W1rGd
— Nature (@nature.com) 27 oktober 2025 om 19:34
Toch bestaat het waarneembare heelal voor het overgrote deel uit materie, met zeer weinig antimaterie overgebleven van de oerknal. De gecombineerde bevindingen suggereren dat er mogelijk een verschil is in de manier waarop neutrino’s en antineutrino’s oscilleren, wat wijst op een mogelijke schending van de CP-symmetrie. Simpel gezegd, neutrino’s gedragen zich mogelijk niet precies hetzelfde als hun antimaterie-tegenhangers. Dat subtiele verschil zou een cruciale aanwijzing kunnen zijn voor de vraag waarom materie heeft overleefd.
Meer over de resultaten van het onderzoek aan de neutrino’s is te lezen in het vakartikel Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments. Nature, 2025; 646 (8086): 818.
Bron: Universiteit van Indiana.
Speak Your Mind