KAIPING, China — Onder een granieten heuvel in het zuiden van China is een enorme detector bijna voltooid die de mysterieuze spookdeeltjes zal opsporen die om ons heen op de loer liggen.
Het Jiangmen Underground Neutrino Observatory zal binnenkort aan de moeilijke taak van het spotten beginnen neutrino’s: kleine kosmische deeltjes met een verbijsterend kleine massa.
De detector is een van de drie Er wordt over de hele wereld gebouwd om deze ongrijpbare spookdeeltjes tot in de kleinste details te bestuderen. De andere twee, gevestigd in de Verenigde Staten en Japan, zijn nog in aanbouw.
Het bespioneren van neutrino’s is geen sinecure in de zoektocht om te begrijpen hoe het universum is ontstaan. De Chinese inspanning, die volgend jaar online gaat, zal de technologie tot nieuwe grenzen drijven, zegt Andre de Gouvea, een theoretisch natuurkundige aan de Northwestern University die niet bij het project betrokken is.
‘Als ze dat voor elkaar kunnen krijgen,’ zei hij, ‘zou dat geweldig zijn.’
Neutrino’s dateren uit de oerknal en biljoenen zoemen elke seconde door ons lichaam. Ze spuwen uit sterren zoals de zon en stromen naar buiten wanneer atomaire deeltjes in een deeltjesversneller botsen.
Wetenschappers weten al bijna een eeuw van het bestaan van neutrino’s, maar bevinden zich nog in de beginfase van het uitzoeken wat de deeltjes werkelijk zijn.
„Het is het minst begrepen deeltje in onze wereld“, zegt Cao Jun, die helpt bij het beheren van de detector die bekend staat als JUNO. “Daarom moeten we het bestuderen.”
Het is onmogelijk om de kleine neutrino’s die op zichzelf rondsuizen, te zien. In plaats daarvan meten wetenschappers wat er gebeurt als ze botsen met andere stukjes materie, waardoor lichtflitsen of geladen deeltjes ontstaan.
Neutrino’s botsen slechts zeer zelden op andere deeltjes, dus om hun kansen op een botsing te vergroten moeten natuurkundigen groots denken.
“De oplossing voor de manier waarop we deze neutrino’s meten is het bouwen van hele, hele grote detectoren,” zei De Gouvea.
De bouw van de $300 miljoen kostende detector in Kaiping, China, duurde negen jaar. De locatie, 700 meter onder de grond, beschermt tegen vervelende kosmische straling en straling die zijn vermogen om neutrino’s te snuiven zou kunnen verstoren.
Woensdag begonnen de arbeiders met de laatste stap in de bouw. Uiteindelijk zullen ze de bolvormige detector vullen met een vloeistof die is ontworpen om licht uit te zenden wanneer neutrino’s er doorheen gaan en het geheel onderdompelen in gezuiverd water.
Het zal antineutrino’s bestuderen – een tegenovergestelde van neutrino’s die wetenschappers in staat stellen hun gedrag te begrijpen – geproduceerd door botsingen in twee kerncentrales die zich meer dan 50 kilometer verderop bevinden. Wanneer de antineutrino’s in contact komen met deeltjes in de detector, produceren ze een lichtflits.
De detector is speciaal ontworpen om een belangrijke vraag over een al lang bestaand mysterie te beantwoorden. Neutrino’s wisselen tussen drie smaken terwijl ze door de ruimte vliegen, en wetenschappers willen ze rangschikken van de lichtste naar de zwaarste.
Het waarnemen van deze subtiele verschuivingen in de toch al ontwijkende deeltjes zal een uitdaging zijn, zegt Kate Scholberg, een natuurkundige aan de Duke University die niet bij het project betrokken is.
‚Het is eigenlijk heel gedurfd om er zelfs maar achteraan te gaan,‘ zei ze.
De Chinese detector zal in de tweede helft van volgend jaar operationeel zijn. Daarna zal het enige tijd duren om de gegevens te verzamelen en te analyseren, dus wetenschappers zullen moeten blijven wachten om de geheime levens van neutrino’s volledig te ontrafelen.
Twee soortgelijke neutrinodetectoren – de Japanse Hyper-Kamiokande en het Deep Underground Neutrino Experiment, gevestigd in de Verenigde Staten – zijn in aanbouw. Ze zullen rond 2027 en 2031 online gaan en de resultaten van de Chinese detector op verschillende manieren controleren.
“Uiteindelijk hebben we een beter begrip van de aard van de natuurkunde”, zegt Wang Yifang, hoofdwetenschapper en projectmanager van de Chinese inspanning.
Hoewel neutrino’s nauwelijks interageren met andere deeltjes, bestaan ze al sinds het begin der tijden. Het bestuderen van deze oerknalrelikwieën kan wetenschappers inzicht geven in de manier waarop het universum miljarden jaren geleden is geëvolueerd en uitgebreid.
„Ze maken deel uit van het grote geheel“, zei Scholberg.
Eén vraag die onderzoekers hopen te kunnen beantwoorden, is waarom het universum voor het overgrote deel uit materie bestaat, terwijl zijn tegenhanger – antimaterie genaamd – grotendeels is uitgedoofd.
Wetenschappers weten niet hoe de zaken zo uit balans zijn geraakt, maar ze denken dat neutrino’s hadden kunnen helpen bij het schrijven van de vroegste regels van de materie.
Het bewijs, zeggen wetenschappers, ligt mogelijk in de deeltjes. Ze zullen ze moeten vangen om erachter te komen.
___
AP-videoproducent Olivia Zhang heeft bijgedragen aan dit rapport. Ramakrishnan berichtte vanuit New York.
___
De Associated Press Health and Science Department krijgt steun van de Science and Educational Media Group van het Howard Hughes Medical Institute. De AP is als enige verantwoordelijk voor alle inhoud.
