Nobelprijs De Belg Francis Halzen krijgt de Nobelprijs voor Natuurkunde voor zijn werk aan IceCube, een telescoop op Antarctica om neutrino’s te detecteren. „Geen respectabele, conservatieve natuurkundige sloot zich bij me aan”
Francis Halzen (82), de Belg die een nieuw venster naar het heelal opende, hoeft de eer vandaag niet te delen. De Nobelprijs voor Natuurkunde gaat alleen naar hem, voor pionierswerk in het detecteren van neutrino’s: ongrijpbare ‘spookdeeltjes’ die het heelal doorkruisen zonder zich gemakkelijk kenbaar te maken. Hij bedacht en realiseerde een telescoop die deze deeltjes toch weet te vangen, door flitsjes te vinden in een kubieke kilometer Antarctisch ijs.
Dat idee klonk absurd in 1988, toen Halzen zijn plannen presenteerde. Hij wilde gevoelige lichtsensoren inbrengen diep in het poolijs, om zo flitsjes te zien die zouden wijzen op langszoevende neutrino’s. „Geen respectabele, conservatieve natuurkundige sloot zich bij me aan”, vertelt Halzen als hij tijdens de ceremonie inbelt, „maar jonge, getalenteerde mensen deden dat wel. Dat is waarom ik hier ben.”
Neutrino’s zijn zo moeilijk te vinden omdat ze nauwelijks reageren op hun omgeving. Door het oppervlak van een duimnagel vliegen zo’n miljard neutrino’s per seconde, met bijna de lichtsnelheid, totaal onverstoord door wat hen in de weg zit. Ze hebben nauwelijks massa en geen lading, en reageren niet op elektromagnetisme of zwaartekracht. Om zijn neutrinotelescoop te bouwen moest Halzen zich dus beroepen op de minieme kans dat een neutrino met een atoomkern botst.
De simpelste manier om de kans te vergroten dat je zo’n zeldzame aanvaring weet vast te leggen, is door een uiterst grote detector te bouwen. Dat is precies wat Halzen deed: hij ontwierp IceCube, een telescoop bestaande uit een gigantisch ondergronds blok ijs, met daarin sensoren die het ijsblok continu monitoren op lichtflitsjes afkomstig van neutrinobotsingen. Hij wist de juiste wetenschappers – en het benodigde geld – bij elkaar te krijgen om zijn idee werkelijkheid te maken.
„Een telescoop die niet naar boven kijkt maar begraven zit in het ijs van de zuidpool is natuurlijk een totaal gek idee”, zegt Dirk Rykbosch. Hij is betrokken bij IceCube, kent Halzen 25 jaar en is verbonden aan de Universiteit Gent. „Om mensen te overtuigen van het belang van zo’n telescoop, heb je iemand nodig met een uitzonderlijke persoonlijkheid. Francis, in dit geval.”
De lichtflitsjes die IceCube detecteert, zijn overigens slechts indirect afkomstig van neutrino’s. Bij een botsing tussen een neutrino en een atoomkern ontstaat namelijk een nieuw deeltje, een zogeheten muon, dat met nagenoeg dezelfde snelheid als het neutrino doorsuist. Dat muon gaat wél een interactie aan met zijn omgeving. Een karakteristiek blauw lichtflitsje, zogeheten cherenkovstraling, raakt uiteindelijk een lichtsensor binnen in IceCube.
De telescoop bewees zichzelf in 2013, na drie jaar zoeken, met een detectie van de eerste neutrino’s van buiten het zonnestelsel. Dat resultaat was spannend, niet zozeer omdat er veel informatie uit die neutrino’s te halen viel, maar omdat was bewezen dat neutrinosterrenkunde überhaupt mogelijk was. „Niemand wist of IceCube groot genoeg zou zijn om neutrino’s te vinden”, zegt Halzen zelf tijdens de bekendmaking. „Maar het kostte ons maar twee jaar voor we ze gevonden hadden. Nu kan de sterrenkunde echt beginnen.”
In 2018 zorgde IceCube weer voor sterrenkundig nieuws, toen de telescoop voor het eerst wist aan te wijzen waar een specifiek neutrino vandaan kwam. De boosdoener bleek een uitbarsting van energie in de kern van een ver melkwegstelsel. Zulke extreme kosmische gebeurtenissen zenden behalve een lichtflits ook een enorme lading neutrino’s uit, wat sterrenkundigen nieuwe mogelijkheden biedt in het bestuderen van bijvoorbeeld sterexplosies.
Daarbij is het voordeel van het neutrino juist dat het zich weinig aantrekt van zijn omgeving. Tijdens de lange reis naar de aarde baant het zich moeiteloos een weg door interstellair stof en gas, waar het licht van dezelfde bron daardoor weerkaatst, geabsorbeerd of anderzijds gedimd wordt. Het signaal is minder sterk getekend door het heelal tussen de aarde en de bron, en helpt sterrenkundigen een rijker beeld te vormen van sterrenkundige objecten.
Inmiddels zijn meer observatoria actief die zich specifiek op neutrino’s richten. Zo zijn enkele Nederlandse universiteiten en onderzoeksinstituten betrokken bij de bouw van KM3NeT: een neutrinodetector bestaande uit lichtsensoren op de bodem van de Middellandse Zee. En ook in Japan zoekt het Super-Kamiokande-experiment, een kilometer onder de grond, naar neutrinoflitsjes. Het vakgebied waarin Halzen in 1988 pionierde, is springlevend.
Hoewel nu zo’n 450 mensen voor IceCube werken, vindt Rykbosch het terecht dat alleen Halzen de Nobelprijs ontvangt: „Op conferenties en vergaderingen zegt Francis zelden iets. Maar wanneer hij iets zegt, is het precies het juiste. Hij heeft een onvoorstelbaar inzicht en overzicht, over zowel de deeltjesfysica als de sterrenkunde.”
Francis Halzen werd in 1944 geboren in Tienen in België. Hij studeerde natuurkunde aan de KU Leuven, waar hij ook promoveerde. Tussen 1969 en 1971 deed hij bij CERN in Zwitserland onderzoek naar fundamentele deeltjes. In 1972 vertrok hij naar Amerika, waar hij hoogleraar werd aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. In 1988 bedacht hij het idee voor de IceCube neutrinodetector op Antarctica, hij is tot op heden wetenschappelijk directeur van dit project.
Met medewerking van Felix Voogt.
Bij Google kan je nu zelf aangeven welke nieuwsbronnen jij vaker wil zien in je zoekresultaten.Meer informatie