SoLid op zoek naar meest onwaarneembare deeltje
Een consortium van Belgische, Britse en Franse wetenschappers heeft succesvol een nieuwe soort neutrinodetector ontwikkeld op de onderzoeksreactor BR2 op SCK CEN in Mol. Na de ontdekking van het Higgsboson komen onderzoekers dichter bij één van de grootste uitdagingen van de Wetenschap: het opsporen van een nieuwe soort van elementaire deeltjes, het steriele neutrino.
Sinds 2013, werkt het studiecentrum SCK CEN samen met een consortium van Belgische, Britse en Franse instituten aan een nieuwe technologie voor detectie van neutrino’s dicht bij kernreactoren. Dit ambitieuze project werd SoLid genoemd (“Search for oscillation with a Lithium-6 detector”) en heeft als doel een antwoord te geven op een essentiële vraag binnen deeltjesfysica die de wetenschappelijke wereld al jaren stimuleert: bestaan steriele neutrino’s?
Het onwaarneembare opsporen
Neutrino’s zijn elementaire deeltjes die heel weinig wisselwerking vertonen met materie en zijn dus moeilijk op te sporen. Ze werden voor het eerst opgemerkt tijdens de jaren vijftig in experimenten uitgevoerd dicht bij nucleaire reactoren. Die reactoren produceren veel neutrino’s en vormen de voornaamste kunstmatige bron van neutrino’s.
“Al de deeltjes die we hebben kunnen observeren de laatste veertig jaar werden voorzien dankzij onze theorie”, aldus Antonin Vacheret, woordvoerder van SoLid. “Dit succes bereikte zijn hoogtepunt in 2012 met de ontdekking van het Higgs-Englert-Broutboson. De ontdekking van een nieuwe soort van neutrino zou onze visie van het universum ingrijpend wijzigen en zou ons ook helpen om een beter inzicht te krijgen van donkere materie”.
Steriele neutrino’s zijn nog minder waarneembaar dan neutrino’s aangezien ze geen wisselwerking vertonen met materie. Het is dus onmogelijk om hen rechtstreeks op te sporen met onze huidige technologie. Het SoLid experiment probeert de deeltjes te vinden dankzij onrechtstreekse indicaties, met name door het verschijnsel van “neutrino oscillatie”. “Het is een beetje zoals naar de plooien van uw bed te kijken om te zien of iets zich onder uw deken verbergt”, legt Benoît Guillon van het Franse laboratorium LPC Caen uit. “Men ziet niet waar het om echt gaat maar men ziet wel de effecten daarvan. Dat is precies wat we zullen doen met de neutrino’s binnen de reactoren”.
Baanbrekende technologie
Onderzoekers hebben nu een nieuwe type anti-neutrinodetector gebouwd van meer dan 1.5 ton, gebaseerd op een kleine, scintillerende kubus die neutrino’s kan opsporen als ze binnen de detector stoppen. De detector werkt als 3D camera die alle signalen die door neutrino’s gestuurd worden, opneemt met een nog ongeëvenaarde resolutie. De voorbije maanden heeft het consortium zijn inspanningen opgedreven om 12 000 onderdelen van de detector te monteren en 3 500 fotondetectors te testen die de minuscule lichtflits geproduceerd door neutrino’s zullen kunnen “zien”. Het consortium heeft ook een kalibratie-automaat ontwikkeld en gebouwd die referentiesignalen geeft voor het kalibreren van verschillende modules van de detector in hun respons op neutrino’s.
Na drie jaar van intensief onderzoek en ontwikkeling, werd de neutrinodetector opgesteld binnen de BR2 onderzoeksreactor op SCK CEN in Mol. De reactor zorgt voor de meerderheid van de globale productie van medische radio-isotopen gebruikt voor beeldvorming en kankertherapie. Hij biedt dus ideale omstandigheden om fundamenteel onderzoek op elementaire deeltjes uit te voeren. “Het is één van de meeste rustige plaatsen ter wereld om dit experiment uit te voeren”, zegt Nick Van Remortel, technische coördinator en professor aan de Universiteit Antwerpen. “BR2 functioneert op een thermisch vermogen van 60 MW en laat toe om steriele neutrino’s in optimale omstandigheden te vinden. “
De onderzoekers van SoLid hopen een eerste antwoord op hun vraag te vinden binnen een jaar en terrein te winnen in hun zoektocht tot steriele neutrino’s ten opzichte van verschillende internationale consortia. “We zijn trots om onze inzet te kunnen leveren in het succes van dit boeiend project met onze installatie BR2 - uniek in die context - en onze kennis en knowhow”, vertelt Steven Van Dyck, BR2 manager. “Dit project toont aan dat onze onderzoeksinstallaties en knowhow de beste onderzoeksinstituten ter wereld beconcurreren."
Van links naar rechts: Bernard Coupé, Jeroen Mermans, Lars Ghys, Nick van Remortel, Maja Verstraeten, Yamiel Abreu Alfonso