Diepzeetelescoop detecteert neutrino met hoogste energie ooit gemeten

Thema:: Ruimtevaart en wetenschappelijke instrumentatie

13 februari 2025

Uit de diepten van de Middellandse Zee heeft de KM3NeT-samenwerking, waartoe ook TNO behoort, met behulp van een diepzeetelescoop een kosmisch neutrino gedetecteerd met een energie van ongeveer 220 PeV (220 miljoen miljard elektronvolt). Neutrino’s zijn deeltjes die wetenschappers helpen bij het bestuderen van kosmische gebeurtenissen zoals supernova's en gammaflitsen. Dit is de meest energierijke neutrino ooit gemeten en bewijst dat neutrino's met zulke hoge energieniveaus in het universum worden geproduceerd. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Nature.

Neutrinos

Het hoogenergetische universum herbergt dramatische gebeurtenissen zoals superzware zwarte gaten, supernova-explosies en gammaflitsen, die nog steeds mysterieus zijn. Deze kosmische versnellers genereren kosmische stralen die kunnen reageren met materie of fotonen om neutrino's en fotonen te produceren. Terwijl kosmische stralen door het universum reizen, kunnen ze ook reageren met kosmische microgolfachtergrondstraling, waardoor zeer energetische "kosmogene" neutrino's ontstaan. Deze kleine, neutrale subatomaire deeltjes met zeer weinig massa reageren alleen via de zwakke kernkracht en zwaartekracht. Hoewel ze na fotonen (licht) de op één na meest voorkomende deeltjes in het universum zijn, zijn ze extreem moeilijk te detecteren en vereisen ze enorme detectoren.

Diepzeetelescoop

De kubieke kilometer neutrino-telescoop (KM3NeT), die momenteel in aanbouw is, is een gigantische diepzee infrastructuur verdeeld over twee detectoren: ORCA en ARCA. De KM3NeT/ORCA-detector, gelegen op 2450 meter diepte nabij Toulon, Frankrijk, richt zich op de fundamentele eigenschappen van neutrino's. ORCA zal bestaan uit 115 detectie-eenheden, waarvan de gegevens naar een walstation in La Seyne Sur Mer worden gestuurd. De KM3NeT/ARCA-detector, gelegen op 3450 meter diepte nabij Sicilië, bestudeert hoogenergetische neutrino's en hun bronnen. Het zal 230 detectie-eenheden hebben, elk uitgerust met 18 Digitale Optische Modules. De ARCA-detector detecteerde het hoogenergetische neutrino op 13 februari 2023 en na lange analyse zijn de resultaten nu gepubliceerd in Nature.

Deep sea telescope detects highest energy neutrino ever observed — Op 13 februari 2023 detecteerde de KM3NeT ARCA-detector een ongekend hoogenergetische neutrino van 200 PeV (200 miljoen miljard elektronvolt).

Internationale samenwerking

Het KM3Net-consortium bestaat uit meer dan 360 wetenschappers, ingenieurs, technici en studenten van 68 instellingen uit 22 landen. De Nederlandse bijdrage aan de neutrinotelescoop KM3NeT bestaat uit Nikhef (projectleider) en TNO, NIOZ, KVI-CART, de Universiteit van Amsterdam, Universiteit Leiden, Vrije Universiteit en Radboud Universiteit. TNO ontwikkelt hydrofoontechnologie om geluid van neutrino-interacties in de diepzee op te nemen, wat de bouw van grotere telescopen en de detectie van neutrino's met nog hogere energieën mogelijk maakt.

Volgende stappen

Deze gebeurtenis markeert een belangrijke mijlpaal en maakt verdere verkenning mogelijk. Op basis van dit enkele neutrino is het moeilijk om de oorsprong te bepalen. De neutrino kan direct afkomstig zijn van een krachtige kosmische versneller. Toekomstige waarnemingen zullen gericht zijn om meer van dergelijke gebeurtenissen te detecteren en ons begrip van deze energierijke deeltjes te verfijnen.