Neutrino's over de snelweg

Neutrino’s over de snelweg

Neutrino’s zijn intrigerende deeltjes. Ze zijn bijna niet te vangen. Tientallen miljarden passeren ons elke seconde door iedere vierkante centimeter op aarde. Ze vliegen dwars door ons heen. De zon zendt ze uit. Het heelal moet gevuld zijn met neutrino’s die binnen een paar seconden na de oerknal vrijkwamen. Ze inspireerden John Updike tot het schitterende gedicht ‘Cosmic Gall’.

Neutrino’s zijn ingepast in het Standaard Model van elementaire deeltjes en hun wisselwerkingen. Maar ze zijn vervolgens aan het keurslijf van het Standaard Model ontsnapt. Ook in dit opzicht zijn ze, vooralsnog, niet te vangen. Net als de andere ‘bouwstenen’ van het Standaard Model, zoals bijvoorbeeld het elektron of de quarks waaruit het proton bestaat, komen neutrino’s voor in drie ‘families’. Die families zijn strikt gescheiden. Het blijkt echter, dat een neutrino dat tot een bepaalde familie behoort spontaan kan overstappen naar een andere familie. En vice versa. Dit verschijnsel staat bekend onder de naam neutrino-oscillaties en is experimenteel waargenomen. Onafhankelijk van het hieraan ten grondslag liggende mechanisme, dat onbekend is, kunnen we dit verschijnsel beschrijven. We nemen aan dat echte (‘fysische’) neutrino’s mengsels zijn van de ideale (tot een familie behorende) neutrino’s. Deze beschrijving is alleen mogelijk door gebruik te maken van de kwantummechanica. Daarin worden deeltjes beschreven als voortrollende golven. Het deeltje bevindt zich waar de amplitude het grootst is. Een fysisch neutrino is nu een mengsel (een ‘superpositie’) van drie golven. Als de massa’s van de drie soorten neutrino’s nu niet helemaal gelijk zijn, planten deze golven zich niet gelijkelijk voort en gaan uit fase lopen. En na een tijdje manifesteert een neutrino dat als lid van de ene familie geboren is zich als lid van de andere. En na nog een tijdje neemt het neutrino de oorspronkelijke familienaam weer aan. Enzovoort.

Neutrino-oscillaties zijn experimenteel waargenomen. Gigantisch lastige experimenten, maar de resultaten zijn heel overtuigend. Een omvangrijk experimenteel programma is nodig om het net rond de neutrino’s volledig te sluiten. Tientallen jaren werk liggen voor ons.

Neutrino-oscillaties zijn waargenomen, neutrino’s hebben dus massa en massaverschil. Niet alleen de massaverschillen, ook de massa’s zelf zijn klein. Klein in vergelijking met de kleinste massa die we tot dusver kennen, die van het elektron. Dit op zichzelf is erg intrigerend en leidt tot spannende speculaties over verschijnselen bij zeer hoge energieën en dus over energieën die alleen gedurende de allereerste minuscule fractie van een seconde na de oerknal beschikbaar waren.

Het Standaard Model kent naast neutrino’s ook anti-neutrino’s. Kan niet zonder. Maar het is mogelijk dat het onderscheid tussen neutrino’s en anti-neutrino’s vervalt als neutrino’s massa hebben. Heeft de Natuur voor deze eenvoudige oplossing gekozen? De experimentele zoektocht is gaande, het pad steil en glibberig...

Dit alles en meer begon me door het hoofd te gaan toen ik heel kort geleden met een adviseur van Barroso sprak. Ik sprak hem om uit te leggen dat een belangrijk aantal Europese onderzoeks(financierings)organisaties  zich aan het organiseren is om beter met één stem, en met meer gewicht, over Europees onderzoeksbeleid te spreken. Ook en vooral in de richting van de Europese Commissie. De adviseur, een hoge Europese ambtenaar, trof mij niet als erg bevlogen. Niet als iemand die ‘Europa’ als een missie ziet. Maar hij adviseert Barroso. En zijn probleem met onderzoeksfinanciering was duidelijk. Hoe leg je uit dat een Euro geïnvesteerd in onderzoek meer rendement oplevert dan een Euro geïnvesteerd in een nieuwe snelweg tussen Madrid en Parijs? En in dat soort discussies, zo bleek mij, is voor neutrino’s geen plaats.

Jos Engelen