Natuurkundigen die met het MicroBooNE-experiment werken, hebben het bestaan van een vierde type neutrino – een hypothetisch ‘steriel’ neutrino – met 95% zekerheid definitief uitgesloten. Deze bevinding sluit een belangrijk hoofdstuk in de deeltjesfysica af en elimineert een van de belangrijkste verklaringen voor afwijkingen die zijn waargenomen in eerdere neutrino-experimenten.
Wat zijn neutrino’s en waarom zijn ze belangrijk?
Neutrino’s zijn fundamentele subatomaire deeltjes die bekend staan om hun ongrijpbare aard. In tegenstelling tot de meeste materie werken ze zo zwak samen dat ze hele planeten kunnen passeren zonder met een enkel atoom in botsing te komen. Het Standaardmodel van de deeltjesfysica, de huidige beste beschrijving van de bouwstenen van het universum, voorspelt slechts drie typen: elektronen-, muon- en tau-neutrino’s. Het is bekend dat deze deeltjes oscilleren – van het ene type naar het andere veranderen – maar sommige eerdere experimenten lieten gedrag zien dat niet helemaal in dit model paste.
De steriele neutrinohypothese
Om deze discrepanties te verklaren, stelden natuurkundigen het bestaan van een vierde ‘steriele’ neutrino voor. In tegenstelling tot de anderen zou het helemaal geen interactie hebben met materie, behalve door de zwaartekracht, waardoor het ongelooflijk moeilijk te detecteren is. Het idee kreeg grip omdat het mogelijk de onverklaarde oscillaties kon oplossen die in eerdere experimenten werden waargenomen.
De tien jaar durende zoektocht van MicroBooNE
De MicroBooNE Collaboration heeft tien jaar lang gegevens van twee verschillende neutrinobundels verzameld en geanalyseerd. Ze hebben nauwkeurig gemeten hoe neutrino’s oscilleren, op zoek naar enig teken van het ongrijpbare steriele deeltje. Het resultaat? Geen bewijs. De bevindingen van het team, gepubliceerd in Nature, elimineren deze populaire verklaring voor afwijkend neutrinogedrag effectief.
“Dit resultaat is een keerpunt”, zegt Dr. Andrew Mastbaum van Rutgers University, hoofdonderzoeker van het project. ‘We kunnen een grote verdachte uitsluiten, maar dat lost een mysterie nog niet helemaal op.’
Wat betekent dit voor de natuurkunde?
Het elimineren van het steriele neutrino betekent niet dat het standaardmodel perfect is. Het slaagt er nog steeds niet in om fenomenen als donkere materie, donkere energie en zwaartekracht te verklaren. Het resultaat van MicroBooNE beperkt echter de zoektocht naar natuurkunde buiten het standaardmodel. Door één mogelijkheid uit te sluiten, kunnen wetenschappers zich nu concentreren op andere mogelijke verklaringen.
Dit levert ook waardevol inzicht op voor toekomstige experimenten, waaronder het komende Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). De door MicroBooNE verfijnde technieken zullen cruciaal zijn bij het aanpakken van meer fundamentele vragen over de samenstelling en het gedrag van het universum.
In wezen gaat de zoektocht naar natuurkunde buiten het Standaardmodel door, nu met één doodlopende weg minder om te verkennen. Het universum blijft vol mysteries, maar deze ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van het ontrafelen ervan.
MicroBooNE-samenwerking. 2025. Zoeken naar lichte steriele neutrino’s met twee neutrinostralen bij MicroBooNE. Natuur 648, 64-69; doi: 10.1038/s41586-025-09757-7
