Goedkeuring voor donkere materie-detector
Deeltjesversnellerinstituut CERN gaat de detector SND@LHC bouwen, een neutrinodetector bij de Large Hadron Collider (LHC). Dit is een voorganger voor SHiP, een detector die donkere materie moet gaan detecteren. Leids natuurkundige Alexey Boyarsky is een van de initiatiefnemers van beide projecten.
Neutrino's zijn de meest onzichtbare, onvoelbare, ondetecteerbare elementaire deeltjes die we kennen. Op dit moment schieten er miljarden door iedere vierkante centimeter van je lichaam, zonder dat je daar iets van merkt.
De Leidse astrodeeltjesfysicus Alexey Boyarsky wil neutrino's in grote aantallen gaan maken, om ze te toch te detecteren en hun eigenschappen beter in kaart te brengen. Het is zelfs mogelijk dat op die manier de nóg veel onzichtbaardere steriele neutrino's ontdekt worden, een (voorlopig hypothetisch) deeltje waarvan het bestaan mogelijk donkere materie kan verklaren.
Donkere materie
Donkere materie is de onzichtbare vorm van materie waardoor sterrenstelsels veel zwaarder zijn dan te verklaren is op grond van hun wel zichtbare bestanddelen, zoals sterren en gas.
Boyarskis idee is om SPS te gebruiken, de opstart-deeltjesversneller die deeltjes versnelt voor de Large Hadron Collider (LHC). LHC is de ondergrondse 27 kilometer grote ringvormige deeltjesversneller bij Genève. Normaal gesproken is SPS alleen de eerste trap. Nadat deeltjes op gang gebracht worden in SPS, wordt een gedeelte van de deeltjes overgeheveld naar de LHC-versneller om verder versneld te worden naar extreem hoge energieën.
Zoektocht naar verborgen deeltjes
Boyarsky: 'Maar de meeste van de deeltjes van SPS worden helemaal niet gebruikt. Die zou je kunnen gebruiken voor SHiP.' SHiP staat voor 'Search for Hidden Particles' (zoektocht naar verborgen deeltjes), en is een grote neutrinodetector die in de loop van dit decennium gebouwd kan worden.
Meer botsingen van deeltjes
'De LHC is bedoeld om de grenzen van energie op te rekken, maar wij willen de grenzen van de intensiteit oprekken', zegt Boyarsky. Met intensiteit bedoelt hij het aantal deeltjes gegenereerd per seconde. Hoe meer deeltjes, hoe meer botsingen. Hoe meer botsingen, hoe meer neutrino's, en hoe meer neutrino's, hoe hoger de kans dat een van die deeltjes gedetecteerd kan worden.
SHiP zou ongeveer 200 million euro kosten, al zijn ontwerp en ook de financiering nog onderwerp van onderzoek. Maar op 17 maart gaf CERN goedkeuring aan de bouw van een voorganger, genaamd SND@LHC, wat staat voor Scattering and Neutrino Detector at LHC.
'Dit is heel goed nieuws', zegt Boyarsky, 'SND@LHC is een pathfinder-experiment, een verkenner die dient om verschillende onderdelen van SHiP te testen en onderzoeken.'
SND@LHC gebruikt botsingen in het LHC als neutrinobron, en de prijs is ongeveer 1 procent van die van SHiP. Hij kan gebouwd worden in een niet-gebruikte tunnel op 480 meter van het LHC, en kan gebruikt worden om` neutrino-natuurkunde te onderzoeken.
Steriele neutrino's
Neutrino's zijn er in drie flavours, of 'smaken': electron-, muon- and tau-neutrino's, met oplopende (maar heel kleine) massa's. Neutrino's vertonen ook niet helemaal opgehelderde oscillaties, wat inhoudt dat verschillende smaken in elkaar kunnen transformeren.
Boyarsky: 'LHC produceert neutrino's met verschillende energieën. De natuurkunde stelt dat ze beter te detecteren worden naarmate hun energie hoger is.'
SND@LHC zou zelfs een eerlijke kans kunnen hebben om de hypothetische steriele neutrino's te betrappen, als het bestaat. Boyarsky: 'We kunnen misschien zelfs compleet nieuwe natuurkunde aanboren.'