Dat zou wat zijn!

In een nieuw paper – dat nog peer review moet ondergaan – merken onderzoekers voorzichtig op dat ze de steriele neutrino mogelijk op het spoor zijn. Het zorgt nogal voor wat reuring onder natuurkundigen, aangezien velen zich er al bij hadden neergelegd dat dit deeltje niet bestond!

Wat is een steriele neutrino?
Neutrino’s zijn deeltjes die vrijwel geen massa hebben en ook zelden de interactie met elkaar aangaan. Op dit moment reizen ze dan ook met miljarden door jouw lichaam heen, zonder dat je daar iets van merkt. Voor zover we nu weten, zijn deze neutrino’s er in drie ‘smaakjes’: je hebt muon- (die recent nog gebruikt werden om de Egyptische piramides verder te ontleden), elektron- en tau-neutrino’s. Maar een paar decennia geleden wees een experiment er voorzichtig op dat er nog een vierde ‘smaakje’ was: de steriele neutrino. Dit deeltje zou nooit de interactie aangaan met andere materie en mogelijk alleen te detecteren zijn via de zwaartekracht.

Zoeken
De afgelopen decennia is er hard naar de steriele neutrino gezocht, maar zonder succes. Zo concludeerden onderzoekers in 2016 nog dat ze in maar liefst 100.000 observaties met het IceCube Neutrino Observatory – letterlijk gemaakt om neutrino’s te detecteren – geen spoor van de steriele neutrino konden vinden. Het leidde wetenschappers zelfs tot de conclusie dat ze er voor 99% van overtuigd zijn dat de steriele neutrino niet bestaat.

Als de steriele neutrino bestaat, moet het standaardmodel – de theorie die de krachten en deeltjes die alle materie vormen, beschrijft en slechts het bestaan van drie soorten neutrino’s toestaat – ernstig worden herzien

Standaardmodel
Maar nu is er dus een nieuwe studie. En daarin maken onderzoekers melding van een afwijking die wellicht verklaard kan worden door het bestaan van de steriele neutrino. Het is absoluut geen bewijs voor het bestaan van dit mysterieuze deeltje, maar wel genoeg om de natuurkundige enigszins nerveus te maken. Want als de steriele neutrino bestaat, moet het standaardmodel – de theorie die de krachten en deeltjes die alle materie vormen, beschrijft en slechts het bestaan van drie soorten neutrino’s toestaat – ernstig worden herzien.

Oscilleren
Nogmaals: zover is het nog niet. Maar wat hebben de onderzoekers dan precies gespot? Wanneer neutrino’s door de ruimte bewegen, ‘oscilleren’ ze, wat in feite betekent dat ze continu van smaakje veranderen. Een muon-neutrino wordt onderweg bijvoorbeeld een tau-neutrino, om vervolgens weer een muon te worden, enzovoort. Zoals gezegd ontstond het idee voor het bestaan van steriele neutrino’s een paar decennia geleden en wel doordat onderzoekers tijdens een experiment ontdekten dat er tijdens het oscilleren van neutrino’s relatief veel elektron-neutrino’s ontstonden. De onderzoekers bedachten toen dat dat te wijten was aan een vierde ‘smaakje’ neutrino: de steriele neutrino. Sommige muon-neutrino’s zouden tijdens het oscilleren tijdelijk een steriele neutrino worden en die steriele neutrino zou vervolgens weer een elektron worden. En daarmee was het overschot aan elektron-neutrino’s te verklaren. Maar niemand slaagde erin om het experiment te herhalen én dezelfde resultaten te verkrijgen. En dus schoof de theorie naar de achtergrond. Maar in het nieuwe paper wordt deze nieuw leven ingeblazen, omdat onderzoekers tijdens een nieuw experiment ook een elektron-neutrino-overschot hebben gespot. “We kunnen niet met zekerheid zeggen dat het steriele neutrino’s zijn, maar we kunnen wel met zekerheid zeggen dat hier iets fundamenteels aan de gang is,” aldus onderzoeker Richard Van de Water. “Het kunnen neutrino’s zijn, maar het kan ook iets anders zijn. Hetzelfde effect is nu in twee experimenten geobserveerd (…) We zien iets wat daar niet zou moeten zijn.”

Het is dus duidelijk nog veel te vroeg om te concluderen dat de steriele neutrino bestaat. Maar het onderzoek geeft meer dan genoeg reden om er een tandje bij te doen in de jacht op dit mysterieuze deeltje. Bovendien zal moeten worden uitgezocht waarom dit laatste experiment wel een overschot vond, terwijl andere experimenten daar niet in slaagden. Wat er ook uit gaat komen: natuurkundigen zitten op het puntje van hun stoel. Want nogmaals: de steriele neutrino past niet in het standaardmodel en kan wel eens de eerste overtuigende aanwijzing zijn dat er meer is dan dit standaardmodel beschrijft.