Een nieuwe doorbraak op het gebied van neutrino-onderzoek heeft plaatsgevonden bij SNOLAB en de Universiteit van Oxford in het Verenigd Koninkrijk. Voor het eerst is het gelukt om neutrino’s, vaak aangeduid als ‘spookdeeltjes’, te detecteren op een manier die nog nooit eerder door wetenschappers is gedaan.
Volgens een verklaring van SNOLAB is de locatie van het internationale laboratorium, twee kilometer onder de grond in een actieve mijn van Vale, “cruciaal om het laboratorium te beschermen tegen kosmische straling en achtergrondstraling die de zwakke neutrinosignalen zouden maskeeren.”
Neutrino’s zijn een van de meest mysterieuze deeltjes in het universum. Ze komen in enorme hoeveelheden door ons lichaam elke seconde, maar laten geen spoor achter. Ze worden geproduceerd tijdens nucleaire reacties, inclusief die in de kern van onze zon. Hun neiging om zelden te interageren, maakt het detecteren van neutrino’s bijzonder moeilijk.
De doorbraak van de onderzoekers van Oxford was gericht op de neutrino’s die in de kern van de zon worden aangetroffen. “Neutrino’s van de zon zijn slechts op enkele verschillende doelen waargenomen,” aldus de verklaring van SNOLAB. “Nu is het voor het eerst gelukt om ook te observeren dat ze koolstofatomen in stikstof transformeren in een groot ondergronds detector.” Deze ontdekking werd gedaan met behulp van de SNO+ detector in SNOLAB.
SNO+ hergebruikt de SNO-experimenten, die aantonen dat neutrino’s oscilleren tussen drie soorten: elektron-, muon- en tau-neutrino’s tijdens hun reis van de zon naar de aarde. Dr. Arthur B. McDonald, de hoofonderzoeker van SNO, deelde in 2015 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor het oplossen van het zonne-neutrino-probleem, wat de deur opende voor nieuw onderzoek naar de eigenschappen van neutrino’s en hun rol in het universum, aldus Dr. Christine Kraus, onderzoeker bij SNOLAB.
“Deze ontdekking maakt gebruik van de natuurlijke overvloed van koolstof-13 binnen de vloeibare scintillator van het experiment om een specifieke, zeldzame interactie te meten,” zei Kraus. “Voor zover wij weten, vertegenwoordigen deze resultaten de laagste energie-observatie van neutrino-interacties op koolstof-13-kernen tot nu toe en bieden de eerste directe dwarsdoorsnede meting voor deze specifieke nucleaire reactie naar de grondtoestand van de resulterende stikstof-13-kern.”
Het Oxford-team zocht vervolgens naar gebeurtenissen waarbij een koolstof-13-kern “werd geraakt door een hoog-energetische neutrino en veranderd in radioactieve stikstof-13, die ongeveer tien minuten later vervalt,” aldus de verklaring. “Zij gebruikten een ‘vertraagde samenloop’-methode, die zoekt naar twee verbonden signalen: een initiële flits van een neutrino dat een koolstof-13-kern raakt, gevolgd enkele minuten later door een tweede flits van de resulterende radioactieve verval. Dit onderscheidende patroon stelt onderzoekers in staat om echte neutrino-interacties met vertrouwen te scheiden van achtergrondruis.”
Volgens de verklaring werden er in een periode van 231 dagen, van 4 mei 2022 tot 29 juni 2023, 5,6 waargenomen evenementen gevonden, en dit is statistisch consistent met de 4,7 die naar verwachting door neutrino’s in deze periode zouden worden gegenereerd.
Volgens de onderzoekers zijn neutrino’s bizarre deeltjes die essentieel zijn voor het begrijpen van sterprocessen, nucleaire fusie en de evolutie van het universum. Deze ontdekking legt de basis voor toekomstig onderzoek naar soortgelijke low-energy neutrino-interacties.
Hoofdauteur Gulliver Milton, een PhD-student aan de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Oxford, zei in de verklaring dat “het vastleggen van deze interactie een extraordinaire prestatie is. Ondanks de zeldzaamheid van de koolstofisotoop, zijn we erin geslaagd om de interactie met neutrino’s te observeren, die geboren zijn in de kern van de zon en enorme afstanden hebben afgelegd om onze detector te bereiken.”
