Een experiment op de Zuidpool zou hebben bewezen dat steriele neutrino’s niet bestaan. Maar dat klopt niet.

Het lijkt een slechte tijd voor de deeltjesfysica. Vorige week werd bekend dat het mysterieuze, nieuwe deeltje dat de LHC op het spoor was niet bestaat. En nu is er op internet te lezen dat een Zuidpoolexperiment de zogenoemde steriele neutrino’s naar het rijk der fabelen heeft verwezen. Gelukkig blijkt dat laatste een verkeerde weergave van zaken.

Grote problemen opgelost

Het steriele neutrino is zo ongeveer het meest ongrijpbare deeltje denkbaar. De enige interactie die het ondergaat met de rest van het heelal, verloopt via de zwaartekracht – en die is in vergelijking met andere krachten zo zwak dat hij, als je het hebt over individuele deeltjes, geen rol van betekenis speelt.

Toch denken wetenschappers af en toe tekenen van dit soort deeltjes op te vangen. Ze zouden bijvoorbeeld kunnen vervallen naar gewone neutrino’s, waarbij ook een beetje röntgenstraling ontstaat. En inderdaad wordt er röntgenstraling uit het heelal waargenomen die afkomstig kan zijn van vervallende steriele neutrino’s.

Van die mogelijkheid kunnen natuurkundigen nogal enthousiast van worden. Het steriele neutrino is namelijk niet zomaar een nieuw deeltje. Als het bestaat én de juiste massa heeft, zou het een aantal grote problemen binnen de natuur- en sterrenkunde kunnen oplossen. Zoals: waar bestaat donkere materie uit? Waarom is er zoveel meer materie dan antimaterie in ons heelal? En hoe komen gewone neutrino’s aan hun massa?

Tocht door de aardkern

Maar als we bijvoorbeeld het Britse tijdschrift New Scientist mogen geloven, is het steriele neutrino nu van de baan. “IceCube-telescoop in Antarctica bewijst dat steriele neutrino’s niet bestaan,” komt het gisteren gepubliceerde nieuwsbericht van het blad. En verderop: “De geest van een deeltje is tot rust gekomen”, “Natuurkundigen weten nu vrij zeker dat het deeltje niet bestaat”, en dat “een nieuwe analyse geen tekenen heeft gevonden van de steriele variant van het neutrino en met 99 procent zekerheid concludeert dat het niet bestaat”. De Nederlandse website Scientias plaatste een verhaal met een vergelijkbare strekking.

Inderdaad klopt het dat het experiment IceCube zoekt naar tekenen van steriele neutrino’s. Niet door röntgenstraling te meten, maar door te kijken naar gewone neutrino’s die in de aardatmosfeer zijn ontstaan en vervolgens door de hele aarde heen vlogen voordat ze het experiment bereikten. Als er steriele neutrino’s bestaan, zouden deze gewone neutrino’s zich namelijk anders moeten gedragen tijdens hun tocht door de aardkern dan wanneer dat niet het geval was. En daarvan heeft IceCube niets gezien.

Adder onder het gras

Maar er zit één grote adder onder het gras. Het IceCube-resultaat zegt alleen iets over mogelijke steriele neutrino’s met een héél lage massa: van 0,1 tot 10 elektronvolt (eV). (Ter vergelijking: een elektron weegt honderdduizend keer zo veel.) En dat zijn niet per se de steriele neutrino’s waar sommige natuurkundigen zo enthousiast over zijn. “Een dergelijk steriel neutrino kan niet de donkere materie verklaren, kan niet leiden tot een asymmetrie tussen materie en antimaterie, en heeft waarschijnlijk niet eens iets te maken met het mechanisme dat laat zien dat gewone neutrino’s een massa hebben”, zegt natuurkundige Alexey Boyarsky (Universiteit Leiden), die zelf ook zoekt naar steriele neutrino’s.

Wil je dat het steriele neutrino wél alle genoemde problemen aanpakt, dan zal het minstens zo’n duizend keer zwaarder moeten zijn. En over die steriele neutrino’s doet het IceCube-team helemaal geen uitspraken. Bovendien waren er al eerder experimenten die geen lichte steriele neutrino’s konden vinden.

“Het resultaat van IceCube is op zich mooi, maar verandert weinig aan de situatie met betrekking tot steriele neutrino’s”, concludeert Boyarsky dan ook. “Ze blijven een mogelijkheid, én een van de kandidaten voor nieuwe natuurkunde waar je de minste extra aannames voor hoeft te doen.”

Bronnen: Physical Review Letters, ArXiv.org, APS, New Scientist

Beeld: Felipe Pedreros/IceCube/NSF