Boek: schizofrene spookdeeltjes

Soms heb je geen tijd om een korte recensie te schrijven. Dan maar lang.

Vorig najaar meldden Italiaanse fysici dat ze in hun OPERA-experiment bepaalde deeltjes sneller zagen bewegen dan licht. Dat is in tegenspraak met Einsteins de relativiteitstheorie en dus opwindend nieuws dat wereldwijd de media haalde. Het woord neutrino’s lag een paar weken lang op straat, en grappen over tijdverschillen waren niet van de lucht.

Een paar maanden later verging de onderzoekers van OPERA het lachen, toen bleek dat een losse kabel de oorzaak was geweest van de aanvankelijk zo verrassende snelheidsmetingen. De hype werd een afgang. Er rolden koppen.

Het pijnlijke incident komt niet voor in Neutrino van de Britse fysicus Frank Close. Dat boekje is van 2010 en in de nieuwe vertaling is de kwestie niet alsnog toegevoegd. Maar het zou koren op de molen van Close zijn geweest. Geen lastiger deeltje, is zijn stelling, dan het neutrino, dat menig wetenschapper bijna letterlijk tot wanhoop heeft gedreven. En ook markant: het zijn bovengemiddeld veel Italianen die worstelen met het neutrino.

Dat begint al bij de ontdekking. In 1914 ontdekt James Chadwick dat elektronen die vrijkomen bij radioactief verval, nooit precies dezelfde energie hebben. Pas in 1934 doorgrondt Erico Fermi, een van de vaders van de kernfysica, wat er aan de hand is: er is een derde deeltje in het spel, haast zonder eigenschappen en met geen of heel weinig massa. Nature weigerde parmantig zijn artikel, omdat het ‘te speculatief’ zou zijn. Het verschijnt in het Italiaans in een Italiaans tijdschrift dat niemand leest.

Dat is een van de redenen, denkt Close, dat enerzijds Italianen altijd iets hebben gehouden met neutrino’s en anderzijds dat de natuurkunde van het neutrino met veel vallen en opstaan tot wasdom is gekomen. Neutrino is het verhaal van min of meer losse inzichten en ontdekkingen, die op veel momenten ook hopeloos langs elkaar heen gaan.

De belangrijkste reden daarvoor blijft echter de ongrijpbaarheid van het deeltjes zelf. Bij alle kernreacties in alle sterren in het heelal, in alle radioactief verval en bij alle botsingen van kosmische straling in de atmosfeer worden ze gecreëerd. Maar vervolgens gaan ze haast nooit interacties aan met andere materie. Ook wijzelf bevinden ons in een permanente storm van neutrino’s, maar we merken er nooit iets van. En omgekeerd: neutrino’s merken ook niks van ons.

Dat maakt meetwerk aan hun eigenschappen tot een experimentele bezoeking. Het was de Amerikaan Ray Davies die in de jaren vijftig in een oude zoutmijn in Utah een enorme tank chloorhoudend schoonmaakmiddel installeerde en speurde naar lichtflitsen die de zeldzame inslaande neutrino’s van de zon konder verraden. Het idee daarvoor was al veel eerder door een van Close’s helden geopperd: Bruno Pontecorvo, die in de Koude Oorlog verdween en decennia later in de Sovjet-Unie bleek te leven en werken. Davies kreeg op hoge leeftijd een Nobelprijs. Pontecorvo nooit.

Metingen van de neutrino’s van de zon bleken mogelijk, later ook met andere ondergrondse detectoren in Europa en Rusland. Maar die brachten ook een merkwaardig probleem aan het licht: er kwamen grofweg half zoveel spookdeeltjes van de zon als verwacht. De oplossing voor dat raadsel blijkt vervolgens dertig jaar eerder al te zijn bedacht: neutrino’s zijn in wezen volkomen schizofreen. Ze bestaan in drie uiteenlopende types (elektronneutrino, muonneutrino en tauneutrino) en wisselen aanhoudend van identiteit. Wie een detector bouwt voor één van de types mist dus een deel van de passerende hordes deeltjes.

Voorwaarde voor die zogenaamde neutrino-oscillaties is dat de drie types niet precies dezelfde massa hebben. Neutrino’s kunnen dus bijvoorbeeld niet allemaal massaloos zijn. Maar groot is die massa ook niet, blijkt de laatste jaren uit steeds preciezere metingen, grotendeels in de KAMland detectoren in Japan. Tegelijk is een echte massameting nog steeds niemand gelukt.

Ondermeer het vermaledijde OPERA-experiment in Gran Sasso, dat van de snelle neutrino’s, is daarop gericht.

Juist omdat neutrino’s na hun ontstaan zelden hinder ondervinden van materie op hun pad, bieden ze ook een fantastische blik in het allerdiepste binnenste van kosmische processen. De laatste tien jaar doet daarom neutrino-astronomie opgang. In het ijs van Antarctica en de diepten van de Middellandse Zee en het Bajkalmeer zijn immense reeksen detectoren geplaatst die als telescopen naar bronnen aan de hemel kunnen kijken.

Vorige week nog meldde de ICECUBE detector op de Zuidpool een verrassend resultaat: dat bij de heftigste verschijnselen aan het zwerk, gammaflitsen, geen enkele neutrino vrijkomt, terwijl dat in theorie niet anders kan. Het zal niet de laatste keer zijn dat Fermi’s schizofrene spookdeeltje fysici voor raadsels stelt.

Neutrino is een boek voor doorbijters die echt in detail willen weten hoe het met het neutrino zit. In dat opzicht komt het zowel te vroeg als te laat. De ontwikkelingen sinds pakweg 2009 staan er niet in. En het is duidelijk dat de grootste inzichten eigenlijk nog moeten komen. In ieder geval had de Nederlandse uitgever hier en daar toch wel wat actuele voetnoten mogen plaatsen.

Frank Close: Neutrino. Veen magazines, isbn 9789085711018, 143 pagina’s, e 19,95
Advertenties
Een reactie plaatsen

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers liken dit: