Nobelprijs natuurkunde voor twee neutrino-jagers

De Nobelprijs voor de Natuurkunde gaat dit jaar naar een Japanner en een Canadees. Voor hun jacht op ‘spookdeeltjes’ delen Takaaki Kajita en Arthur B. McDonald de eer.

Talloze miljarden neutrino’s schieten elke seconde dwars door de aarde, vrijwel zonder iets teweeg te brengen. Slechts met omvangrijke apparatuur kunnen we ze waarnemen. Het zijn bouwstenen van het universum die nauwelijks een uitwerking hebben op de rest van de materie: lange tijd is gedacht dat ze helemaal geen massa hadden.

De twee laureaten toonden beiden met hun eigen onderzoeksgroep aan dat neutrino’s toch enige massa moeten hebben en dat ze van ‘identiteit’ kunnen wisselen: ze kunnen van de ene soort neutrino in een andere soort veranderen.

Neutrino’s ontstaan onder meer in de kernreacties op de zon. Ze zijn ‘bedacht’ door de natuurkundige Wolfgang Pauli, die in 1945 de Nobelprijs won. Hij vond het overigens vreselijk dat hij een deeltje had voorgesteld dat, naar zijn overtuiging, niet aangetoond zou kunnen worden.

Toen ze uiteindelijk toch werden gedetecteerd, bleek er ongeveer twee derde minder neutrino’s van de zon te komen dan voorspeld. Waar was de rest naartoe? Eén van de oplossingen van deze puzzel zou zijn dat de zonne-neutrino’s in andere soorten neutrino’s zouden veranderen.

Met een gigantische detector in de buurt van Tokyo zagen de Japanners andere neutronen van boven (uit de lucht) komen dan van onderen (uit de grond), terwijl dat eigenlijk niet uit zou moeten maken. Dat was een aanwijzing voor het wisselen van identiteit.

In Ontario toonde een andere detector aan dat er weliswaar precies zoveel neutronen van de zon komen als voorspeld, maar dat ze niet allemaal van het type zijn dat daar ontstaat. De conclusie was opnieuw dat ze dus van soort veranderden.

Dit inzicht bracht het standaardmodel in de deeltjesfysica aan het wankelen. Het verandert het begrip van wat er aan massa in het universum is en hoe deeltjes op elkaar reageren.

In de loop van de geschiedenis hebben negen Nederlanders de Nobelprijs voor de Natuurkunde gewonnen. De eerste twee waren Hendrik Lorentz en Pieter Zeeman in 1902 voor hun onderzoek naar het Zeeman-effect: ze toonden aan dat elektronen in twee toestanden tegelijk konden verkeren, een belangrijke aanwijzing voor de juistheid van de kwantummechanica.

De meest recente Nederlandse winnaar is de Nederlands-Britse Andre Geim, die van Russische afkomst is. Hij ontving de prijs in 2010 voor de ontwikkeling van grafeen, een supersterke koolstoflaag van één molecuul dik.