Wetenschappers delen nieuwe details over mysterieus 'spookdeeltje'

(CNN) Neutrino’s, zogenaamde “spookdeeltjes” die over het heelal verspreid liggen, kunnen 10 miljoen keer lichter zijn dan de massa van een elektron, zo blijkt uit een nieuwe studie.

Neutrino’s worden spookdeeltjes genoemd omdat het extreem vluchtige, of dampige, kosmische deeltjes zijn die door elke soort materie kunnen gaan zonder te veranderen. Ze hebben bijna geen massa — maar nu hebben wetenschappers de massa van het lichtste type neutrino berekend.

Ze kunnen door de meest extreme omgevingen reizen, zoals sterren, planeten en hele melkwegstelsels, en hetzelfde blijven. Maar neutrino’s, hoewel zeer energetisch, hebben geen lading. Zelfs het krachtigste magnetische veld kan hen niet beïnvloeden.

Vorig jaar konden wetenschappers voor het eerst de oorsprong van een hoogenergetisch, piepklein neutrino achterhalen. Het reisde 3,7 miljard lichtjaar naar de aarde. Het werd gevonden door sensoren diep in het Antarctische ijs in de IceCube-detector.

Wetenschappers en observatoria over de hele wereld konden het neutrino traceren naar een sterrenstelsel met een superzwaar, snel ronddraaiend zwart gat in zijn centrum, bekend als een blazar. Het sterrenstelsel bevindt zich links van de schouder van Orion in zijn sterrenbeeld en is ongeveer 4 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.

Verschillende soorten neutrino’s verschijnen als drie verschillende massa’s, maar de lichtste was tot nu toe onbekend. En astronomen weten verder nog steeds niet veel over de verschillen in deze drie typen.

De studie is donderdag gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.

“Honderd miljard neutrino’s vliegen elke seconde door je duim vanaf de zon, zelfs ’s nachts,” zei Arthur Loureiro, auteur van de studie en PHd-student in de afdeling Natuurkunde & Astronomie van het University College London. “Dit zijn zeer zwak interactieve geesten waar we weinig over weten. Wat we wel weten is dat als ze bewegen, ze kunnen wisselen tussen hun drie smaken, en dit kan alleen gebeuren als ten minste twee van hun massa’s niet nul zijn.”

De mix van drie verschillende massa’s is als het mengen van ijssmaken, zei hij.

“De drie smaken kunnen worden vergeleken met ijs waarbij je één bolletje hebt met daarin aardbei, chocolade en vanille,” zei Loureiro. “Drie smaken zijn altijd aanwezig, maar in verschillende verhoudingen, en de veranderende verhouding – en het vreemde gedrag van het deeltje – kan alleen worden verklaard door neutrino’s die een massa hebben.”

Het idee dat neutrino’s massa hebben, leverde wetenschappers Takaaki Kajita en Arthur McDonald de Nobelprijs voor natuurkunde 2015 op.

Om de lage massa van het lichtste neutrino te berekenen, werd gebruik gemaakt van gegevens van 1,1 miljoen sterrenstelsels die door deeltjesfysici en kosmologen waren verzameld. Zo konden zij de uitdijingssnelheid van het heelal meten. Neutrino’s zijn wijdverspreid in het heelal, maar moeilijk waar te nemen. De wetenschappers hadden zoveel mogelijk gegevens nodig om alle voordelen te hebben bij hun onderzoek.

“We gebruikten informatie uit verschillende bronnen, waaronder ruimte- en grondtelescopen die het eerste licht van het heelal waarnemen, exploderende sterren, de grootste 3D-kaart van sterrenstelsels in het heelal, deeltjesversnellers, kernreactoren, en nog veel meer,” zei Loureiro.”Aangezien neutrino’s overvloedig aanwezig zijn, maar klein en ongrijpbaar, hadden we alle beschikbare kennis nodig om hun massa te berekenen en onze methode kan worden toegepast op andere grote vragen waar zowel kosmologen als deeltjesfysici zich over verbazen.”

De supercomputer, bekend als Grace, aan het University College London stelde de onderzoekers in staat om een wiskundig model te maken. De supercomputer heeft een half miljoen rekenuren gekraakt, wat 60 jaar zou hebben geduurd op een enkele processor.

De onderzoekers ontdekten dat de massa 10 miljoen keer lichter is dan een elektron. De berekening van deze massa kan onderzoekers helpen die donkere materie, donkere energie en de structuur van het heelal bestuderen.