Spookmassa is critici nog veel te licht

Een jaar geleden was het wereldnieuws: neutrino's hebben massa. Inmiddels lijkt neutrinomassa toch geen rol in het heelal te kunnen spelen....

Martijn van Calmthout

HEEL WAT natuurkundigen is het een lief ding waard, een artikel te publiceren in het topblad Physical Review Letters (PRL). Maar voor de Amsterdamse experimentator dr. Jona Oberski is met een brief aan PRL de kous bepaald niet af. 'Daar meld je snel een resultaat, je legt een claim. Maar dat ontslaat je niet van de plicht om elders nog eens in detail uit te leggen wat je hebt gedaan en gezien.'

En precies dat, moppert de fysicus van het Nikhef-instituut voor deeltjesfysica, heeft de Japans-Amerikaanse groep onderzoekers die vorig jaar juni in PRL een bewijs claimde voor neutrino's met massa, nog steeds niet gedaan. Ja, een paar maanden later hebben ze nogmaals wat metingen gepubliceerd. 'Dat is meer statistiek. Maar een artikel waaruit ik als buitenstaander kan opmaken dat ze zichzelf niet wat wijsmaken, dat is er nog altijd niet', aldus Oberski. 'Gevoegd bij hun financiële problemen vind ik dat een veeg teken.'

Vandaag een jaar geleden was de massa van het neutrino wereldwijd voorpagina-nieuws. 'Spookdeeltjes torsen het heelal', aldus ook de bepaald onalledaagse opening van de Volkskrant van 5 juni.

Neutrino's zijn de lichtste deeltjes die natuurkundigen kennen. Ze spelen een rol als energiedrager in sommige kernprocessen, maar trekken zich na hun ontstaan nauwelijks meer iets aan van omringende materie. Die ongrijpbaarheid maakt ze buitengewoon moeilijk te bestuderen.

Dat er drie soorten bestaan, elektron- muon- en tau-neutrino's, is een experimenteel feit, maar hun overige eigenschappen zijn veelal nog duister. Theoretici rekenden bijvoorbeeld lange tijd voor het gemak maar met neutrino's zonder enige massa, veel kon het immers nooit wezen. Tot nog toe konden in metingen alleen zeer ruime bovengrenzen aan de neutrino-massa's worden vastgesteld.

Die kunnen kloppen, meldden vorig jaar onderzoekers van de Super-Kamiokande-detector in Japan. Maar hun metingen met behulp van een ondergrondse stalen tank met vijf miljoen liter ultrapuur water lieten zien dat sommige muon-neutrino's verdwijnen. Ze maken minder vaak een lichtflits in de tank dan muon-neutrino's normaal doen.

In theorie kan dat komen doordat ze voortdurend in tau-neutrino's veranderen. Harde voorwaarde is echter dat beide typen neutrino's dan niet hetzelfde wegen. Wat weer betekent dat ze niet allebei niks kunnen wegen. En dus bewees Super-Kamiokande dat neutrino's massa hebben. De één zo'n 0,05 elektronvolt, een tienmiljoenste van de massa van een elektron, meer dan de ander.

Dat was althans de claim in PRL van vorig najaar en zo houdt de Amerikaanse groepsleider van Super-K, prof. dr. John Learned het nog steeds vol. 'Ik durf mijn huis te verwedden over neutrino-massa. Zelfs al kennen we duidelijk nog niet alle trucs die de natuur hier uithaalt.'

Oberski raadt hem die weddenschap van harte af. Ondanks herhaalde verzoeken heeft hij uit Japan nog steeds geen enkel antwoord op een simpele vraag zijnerzijds: hoe weten ze dat ze geen spoken zien als ze iets afwijkends waarnemen tegen een achtergrond van kosmische muon-neutrino's die pakweg honderduizend maal zo luidruchtig is?

De crux van de kritiek is dat een paar verdwaalde deeltjes uit de kosmos de vérstrekkende conclusies uit Super-K al op losse schroeven kunnen zetten. De detector is daartegen beveiligd door alleen signalen van een binnenvolume van de tank mee te nemen. Maar, zeggen critici als Oberski en Nobelprijswinnaar Jack Steinberger, wie zegt dat die beveiliging waterdicht is? 'In elk geval geloof ik - ondanks de goede bedoelingen - dat niet zonder eerst te weten wat ze precies doen', zegt Oberski.

Super-K-leider Learned kent de kritiek, maar die brengt hem niet van zijn stuk. 'Statistisch staat buiten kijf dat er iets aan de hand is. Er is een smoking gun. De kans is minimaal dat de waargenomen afwijking toeval of een systematische fout is.'

Super-Kamiokande verzamelt nog steeds waarnemingen, de financiële crisis van vorig jaar is bedwongen en aan een voldragen artikel over de metingen wordt volgens Learned hard gewerkt. De detector zelf is inmiddels ook onderdeel geworden van het K2K-project, waarbij neutrino's uit een versneller op een paar honderd kilometer afstand worden bestudeerd op eventuele identiteitswisselingen.

Natuurkundigen zijn gefascineerd door de nieuwe spookfysica. Maar kosmologen, bij uitstek een beroepsgroep die wat extra massa in het heelal wel in haar theorievorming kon gebruiken, zijn minder enthousiast. Het nieuws van het massadragende neutrino vorig jaar leek op het eerste gezicht een spectaculaire ontknoping te bieden aan de speurtocht naar de zogeheten donkere materie. Uit waarnemingen is bekend dat er veel meer massa in het heelal zwaartekracht uitoefent dan er zichtbaar is. Niemand weet wat er trekt.

Er zijn naar schatting vijftig miljard neutrino's per elektron in het heelal, aldus de Super-K-groep vorig jaar in haar persbericht, dus zelfs het allerminiemste beetje massa per neutrino zou al consequenties kunnen hebben.

Maar de meeste kosmologen hebben dat pad zelfs nooit betreden, moet Learned achteraf toegeven. Neutrino's blijven namelijk spookdeeltjes die vrijwel overal dwars doorheen vliegen. Dat maakt dat ze onvoldoende klonteren om een behulpzame rol te kunnen spelen in modellen van het heelal. Ze vullen letterlijk alle hoeken en gaten.

Maar ook dat is welbeschouwd allemaal maar theorie, zeggen Oberski en zijn collega dr. Maarten de Jong van Nikhef. Het Amsterdamse instituut is sinds enige tijd nauw betrokken bij de voorbereidingen van Atares, de grootste neutrino-telescoop ter wereld, van oorsprong een Frans project. Dat gevaarte zal bestaan uit duizenden fotobuizen die diep afgezonken in de Middellandse zee een kubieke kilometer water in de gaten gaan houden op sporen van neutrino's. Rond 2005 moet het werken.

De Jong: 'Antares wordt puur verkennend onderzoek, een ontdekkingsreis. Er zijn allerlei ideeën over wat je zult aantreffen, maar alleen door te kijken, weet je werkelijk of en wat er gaande is.' Wat, voegt Oberski fijntjes toe, in elk geval het voordeel heeft dat niemand onbewust of bewust in de metingen zijn eigen hersenschimmen voor vol gaat aanzien.

Meer over