Twee jaar geleden werd de aarde geraakt door het meest energetische neutrino in de geschiedenis. Tot nu toe wisten wetenschappers niet zeker of het een meetfout was. Een onderzoek bevestigt dat de detectie van het zogenaamde “spookdeeltje” echt was.
Een paar jaar geleden registreerde een onderzeese kosmische deeltjesdetector de komst van een neutrino dat 20 tot 30 keer energieker was dan enig ander neutrino dat ooit is gedocumenteerd. Met een berekende energie van 220 petaelectronvolt (PeV), waar de gemiddelde waarde ongeveer 10 PeV is, brak de vondst alle records en maakte het een groot deel van de gemeenschap enthousiast. Het riep ook te veel twijfels op over de aard ervan.
Voor deeltjesfysici kan het bestaan van zo’n afwijkend neutrino maar op twee manieren worden verklaard: of het is bewijs van een nooit eerder vertoond kosmisch proces dat de kijk op neutrino’s kan veranderen, of het was een teleurstellende meetfout. De wetenschap zegt dat we geen haast moeten maken met het oplossen van dit raadsel van deeltjes met minimale massa die door materie gaan zonder deze te verstoren, de zogenaamde “spookdeeltjes”. Het vinden van een antwoord, wat het ook mag zijn, is ingewikkelder dan het lijkt.
Hoewel de bovengrens van de massa van een neutrino al eerder is berekend, bereikte het KATRIN-experiment een resultaat met directe waarnemingen.
Een uitgebreid onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review X, vergeleek deze enkele registratie van het neutrino dat door de KM3NeT/ARCA-telescoop is vastgelegd met andere wetenschappelijke databases met informatie over spookdeeltjes die tot nu toe zijn gedetecteerd (aangeduid met KM3-230213A). Niemand had zoiets eerder gezien, maar met de beschikbare gegevens is het mogelijk om te zeggen dat dit opmerkelijke ultra-energetische neutrino geen statistische illusie was.
Net zomin als een rots de aard van een berg kan beschrijven, kan een 220 PeV neutrino nuttig zijn bij het definiëren van het fenomeen dat er aanleiding toe gaf. Het artikel geeft toe dat de informatie die ze hebben niet voldoende is om “harde conclusies te trekken over de vraag of de waarneming wijst op een nieuwe ultra-hoge energiecomponent in het spectrum”.
Kosmische neutrino’s: het beste scenario
Als er meer soortgelijke waarnemingen zouden zijn, zou de neutrinowetenschap een aanzienlijke vooruitgang betekenen, aldus de onderzoekers. “Het zou kunnen betekenen dat we voor het eerst kosmische neutrino’s zien, die zijn geproduceerd toen kosmische straling een wisselwerking had met de kosmische microgolfachtergrond, of het zou kunnen wijzen op een nieuw type astrofysische bron,” merkt het onderzoek op.
Het energiebereik van het 2023 neutrino wordt geassocieerd met kosmische deeltjesversnellers, zoals actieve melkwegkernen, supernova-explosies, relativistische zwarte gatstralen of een gammastraaluitbarsting. De klassieke signaturen die worden ontvangen door deeltjesobservatoria kondigen daarentegen atmosferische neutrino’s aan, die worden geproduceerd door de impact van kosmische straling met atomen in de atmosfeer die de aarde bereiken. Technisch gezien zijn het dezelfde deeltjes, maar hun oorsprong beïnvloedt hun energie.
“De lichtpatronen die zijn gedetecteerd voor KM3-230213A komen duidelijk overeen met wat wordt verwacht van een relativistisch deeltje dat de detector passeert, waarschijnlijk een muon, wat de mogelijkheid van een storing uitsluit”, aldus de KM3NeT Collaboration in een verklaring die wordt gerapporteerd door ScienceAlert. “Dankzij de gereconstrueerde energie en richting van dit muon, is verreweg het meest waarschijnlijke scenario dat het afkomstig is van de interactie van een astrofysisch neutrino in de buurt van de detector, waardoor het de meest natuurlijke verklaring is.
Verschillende takken van wetenschap gebruiken en bestuderen neutrino’s om verschillende redenen. Een van de belangrijkste is dat ze door het heelal reizen zonder afgebogen of geabsorbeerd te worden, waardoor ze waardevolle informatie kunnen geven over kosmische gebeurtenissen ver weg. Sommige wetenschappers zien ze als “reporters van het universum” die van tijd tot tijd op aarde aankomen met gegevens die ze anders niet zouden krijgen.
