Met radartechnologie op zoek naar kosmische neutrino's
Eerste radardetectie ooit van deeltjesspoor doet hopen op doorbraak in speurtocht naar kosmische neutrino’s
Wetenschappers zoeken al sinds de jaren 40 van vorige eeuw naar radarreflecties van een deeltjesspoor. Zo’n deeltjesspoor ontstaat wanneer een extreem hoogenergetisch kosmisch deeltje botst, in onze atmosfeer of bijvoorbeeld in het zuidpoolijs. Een internationaal wetenschappelijk team onder de leiding van VUB-prof Krijn de Vries en Dr. Steven Prohira van Ohio State University is er nu als eerste ooit in geslaagd om zo’n deeltjesspoor te detecteren. Zij hebben hiermee aangetoond dat radartechnologie gebruikt kan worden in de zoektocht naar kosmische neutrino's. Het resultaat van deze doorbraak werd gepubliceerd in Physical Review Letters.
Neutrino’s zijn sinds hun ontdekking meer dan vijftig jaar geleden nog steeds een mysterie. Deze elementaire deeltjes komen vanuit de verste uithoeken van het heelal, zijn vrijwel massaloos en interageren vrijwel niet. Heel uitzonderlijk botst een hoogenergetische neutrino in het poolijs.
Het IceCube experiment waaraan ook de VUB deelneemt, monitort een kubieke kilometer aan ijs op neutrino’s aan de hand van de lichtsignalen die tijdens zo’n botsing worden afgegeven. Maar IceCube kan niet alle neutrino’s detecteren. IceCube is vooral goed in staat om neutrino’s te detecteren met energieën onder de 10 biljard elektronvolt (PeV). Neutrino’s met hogere energieën, zijn zo zeldzaam dat een veel grotere detector nodig is om een neutrino op redelijke tijdschaal waar te nemen.
Om neutrino’s met hogere energieën toch ook te kunnen detecteren experimenteerde men al langer met de radiosignalen die neutrino’s tijdens een botsing afgeven. Het team van prof. de Vries en dr. Prohira heeft nu voor het eerst kunnen aantonen dat men hiervoor radartechnologie kan inzetten. In het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië hebben zij een bundel van hoogenergetische elektronen gebruikt om in een doelwit van plastiek een deeltjesspoor na te bootsen, gelijk is aan het spoor dat een neutrino achterlaat als het botst in het antarctisch ijs. Terwijl één antenne radiostraling afvuurde op het plastieken doelwit, werd het door andere antennes gade geslagen. En inderdaad, de andere antennes konden het deeltjesspoor waarnemen.
“Met de testbundel hebben we aangetoond dat het principe werkt. Een spoor van een neutrino met een energie tussen 10 en 100 PeV zal natuurlijk anders zijn dan het spoor gemeten tijdens dit experiment, maar op basis van simulaties denken we dat we die toch zullen kunnen detecteren, namelijk door een krachtigere radargolf het ijs in te sturen”, zegt Prof. Krijn de Vries van de onderzoeksgroep Elementary Particle Physics aan de Vrije Universiteit Brussel.
Volgend jaar hoopt het team een opstelling op Antarctica te bouwen om de radarmethode te testen, een opstap naar een detector die de daadwerkelijke neutrinosproren kan meten.
“Het soort neutrino’s die we met de radartechniek zullen kunnen detecteren zal ons meer kunnen vertellen over de extreem energetische astronomische verschijnselen in ons universum. Mogelijk brengt dit zelfs nieuwe natuurkunde aan het licht“, zegt prof. de Vries.
Contact:
Prof. Krijn de Vries
Tel: +32(0)470620587
