Diegene die door alles heen vliegt

Stel je eens voor.

Ergens diep onder de grond in het zuiden van China staat een detector zo groot als een klein flatgebouw. Binnenin zitten 20.000 ton van een speciale vloeistof die oplicht wanneer bepaalde deeltjes erdoorheen razen. En dit apparaat is zo gevoelig dat het signalen kan opvangen van deeltjes die praktisch alles in het universum negeren.

We hebben het over neutrin's — en eerlijk? Het is een van de vreemdste dingen die de natuurkunde kent.

Wat is een neutrin'o eigenlijk?

Een neutrin'o is een fundamenteel deeltje. Dat betekent dat het een van de bouwstenen is waaruit alles bestaat. Maar in tegenstelling tot protonen, neutronen of elektronen hebben neutrin's bijzondere eigenschappen.

Om te beginnen: ze hebben geen elektrische lading. Ze zijn ook ongelooflijk licht — we begrijpen nog steeds niet goed hoe licht precies, want hun massa zou wel eens uit een mechanisme kunnen komen dat we nog niet ontdekt hebben. En hier komt het gekke: ze werken bijna niet mee met andere stof.

Denk er eens zo over na — op dit moment, terwijl jij dit leest, schieten biljoenen neutrin's van de zon door je lichaam. Door de muren. Door de hele aarde. En ze botsen niet eens tegen één atoom aan.

Het is alsof je probeert geesten te vangen met een vlindernet.

De jacht is geopend

Hier komt JUNO om de hoek kijken. De Jiangmen Underground Neutrin'o Observatory heeft onlangs zijn eerste belangrijke resultaten gepubliceerd, en die zijn werkelijk bijzonder.

Met slechts 59 dagen aan data heeft het internationale team achter JUNO de meest precieze metingen ooit gedaan van twee fundamentele neutrin'o-eigenschappen. Hoe precies? Ze hebben de meetonzekerheid met een factor 1,6 verminderd in vergelijking met wat we de afgelopen decennia voor elkaar kregen.

Stel je voor dat je van iemands leeftijd raden binnen 10 jaar naar binnen 6 jaar gaat — behalve dan dat die "iemand" een subatomair deeltje is dat nauwelijks bestaat.

Waarom is de massavolgorde zo'n ding?

Hier wordt het spannend. Een van JUNO's hoofddoelen is om de zogenaamde "neutrin'o-massavolgorde" te achterhalen.

Op dit moment weten wetenschappers dat er drie types (technisch: smaken) neutrin's zijn. Wat ze niet weten is welk type het zwaarste is en welk het lichtste. Het is een beetje zoals weten dat je drie mysterieuze dozen hebt, maar ze niet open kunnen maken.

Waarom is dit belangrijk? Het begrijpen van neutrin'o-massa's kan ons helpen om enorme vragen over het universum te beantwoorden — letterlijk. Het heeft te maken met de vraag waarom materie het won van antimaterie in het vroege universum. En dat is weer de reden waarom we überhaupt bestaan.

Nature was er ook behoorlijk enthousiast over. In hun verslag zeiden ze dat dit eerste resultaat "het begin markeert van een nieuw tijdperk van precieze neutrin'o-oscillatiemetingen."

Nobelprijswinnaar Arthur McDonald, die de prijs won voor het ontdekken van zonne-neutrin'o-oscillatie, zei het volgende: "JUNO heeft aan zijn ontwerpdoelstellingen voldaan, met uitzonderlijke radiozuiverheid, energieresolutie en detectorstabiliteit."

Hoge lof van iemand die neutrino's van binnen en van buiten kent.

Hoe ziet het er eigenlijk uit?

Ik wil dat je je JUNO's detector voorstelt. In het hart ervan bevindt zich een reusachtige bol van acryl — ongeveer 35 meter in doorsnee — gevuld met die speciale vloeistof. Deze bol rust in een waterbassin van 44 meter diep. En dat alles zit weer in een enorme constructie van roestvrij staal.

Oh, en ik zei toch dat het 700 meter onder de grond staat? Daar is een reden voor. De rotsen erboven beschermen de detector tegen andere deeltjes die de metingen zouden kunnen verstoren. We jagen tenslotte op de schuwste deeltjes in het universum.

De bol is bedekt met meer dan 45.000 fotonversterkerbuizen — apparaten die kleine lichtflitsen opvangen en omzetten in elektrische signalen. Wanneer een neutrin'o af en toe besluit om met de vloeistof te reageren, produceert het een minuscuul vonkje licht. Die buizen vangen dat vonkje op, en wetenschappers kunnen het analyseren.

Het is alsof je een enorme camera bouwt om iets te fotograferen dat niet gefotografeerd wil worden.

Waarom zou je je hier druk om maken?

Ik hoor je denken: "Leuke wetenschap, maar wat kan mij een deeltje schelen waar ik nog nooit van gehoord heb?"

Nou, neutrin's zijn overal. Ze worden geproduceerd in kernreacties (zoals in onze zon), in supernova's, in het inwendige van de aarde, en zelfs in ons eigen lichaam door het kalium dat we eten. Ze dragen informatie met zich mee over enkele van de meest gewelddadige en mysterieuze gebeurtenissen in het universum.

Neutrin's begrijpen helpt ons de fundamentele regels te begrijpen die alles besturen. En eerlijk? Er is iets prachtigs aan mensen die een enorme detector diep onder de grond bouwen, alleen om glimpen op te vangen van deze spookdeeltjes.

Het is nieuwsgierigheid op zijn mooist.

En nu?

JUNO draait nu ongeveer negen maanden soepel, en onderzoekers verwachten deze zomer meer resultaten te publiceren. In de komende jaren zou het experiment genoeg data moeten verzamelen om die neutrin'o-massavolgorde eindelijk te bepalen.

Als dat gebeurt, wordt het een van de grootste ontdekkingen in de deeltjesfysica van de afgelopen decennia.

Dus houd JUNO in de gaten. Die stille deeltjes die zich in het donker verstoppen, hebben ons misschien heel wat te vertellen.