Neutrino’s mogelijk toch niet sneller dan het licht

Verscholen dimensies vormen misschien een verklaring voor neutrino’s die sneller lijken te reizen dan het licht.

De opwinding was groot toen natuurkundigen eind september bekendmaakten dat neutrino’s sneller dan het licht kunnen reizen. Een bom onder Einsteins speciale en algemene relativiteitstheorie, heette de ontdekking al snel. Als de waarneming van onmogelijk vlugge neutrino’s door de Italiaanse OPERA-detector correct blijkt, hoeven die fysische grondslagen echter niet per direct in de prullenbak. Dat betoogt deeltjesfysicus Frank Linde, directeur van het Nederlandse NIKHEF, het nationale instituut voor subatomaire fysica. ‘Ik zou ontzettend blij zijn als dit resultaat klopt. Ik opteer dan direct voor de oplossing dat neutrino’s sneller lijken te gaan dan de lichtsnelheid omdat ze sneaky in een extra dimensie reizen’, vertelt Linde. Volgens sommige natuurkundige theorieën bestaan er voor de mens onzichtbare extra dimensies buiten de vertrouwde vier (drie ruimtelijke en één tijdsdimensie). Als deeltjes door die dimensies kunnen reizen, kunnen ze een gedeelte van de afstand afsnijden. Linde noemt deze optie ‘helemaal mijn favoriet’, omdat het alternatief – dat de deeltjes sneller gaan dan het licht – enorme complicaties oplevert. ‘In dat geval schenden die deeltjes de causaliteit.’ Oorzaak en gevolg kunnen dan omdraaien.

Op bekendmaking van het resultaat van het onderzoek volgde vorige maand uitgebreide aandacht in de media. ‘Dit is echt precies wat mijn vakgebied kan gebruiken’, meent Linde. ‘Dit resultaat is simpel, leuk en spannend.’ Het experiment begon bij Cern in Genève. Daar maakten onderzoekers in het deeltjeslab neutrino’s en vuurden die door de aardkorst zin de richting van het ondergrondse OPERAlab in Gran Sasso, Italië. Dat kan omdat neutrino’s vrijwel geen interactie vertonen met andere materie en zo moeiteloos door de aardkorst richting hun doel kunnen snellen. In Gran Sasso stuiten de deeltjes op de enorme ondergrondse neutrinodetector OPER A. Wie nu afstand weet tussen de plek waar de neutrino’s zijn gemaakt en de detector (ruwweg 730 kilometer) en weet hoe lang de deeltjes onderweg waren, kan hun snelheid bepalen. Bijzonder is de hoge nauwkeurigheid die de onderzoekers daarbij bereikten. In hun artikel meldden zij een foutmarge van ongeveer tien nanoseconden. Dat maakt het resultaat – dat de neutrino’s zestig nanoseconden eerder aankwamen dan verwacht – niet alleen statistisch significant, maar onder normale omstandigheden ook keurig.

Het resultaat sprak alleen zoveel gevestigde natuurkunde tegen dat al snel grote scepsis ontstond. Op het moment dat dit magazine ter perse ging, was echter nog niet bekend waar een eventuele fout verscholen zat. ‘Ik zet mijn geld op de tijdsbepaling’, vertelt Linde. ‘Ik denk niet dat de fout in de afstandsbepaling zit.’ Met die tijdsbepaling kan iets mis zijn omdat de onderzoekers nooit losse neutrino’s bekeken – het is onmogelijk onderscheid te maken tussen de verschillende neutrino’s die in Italië aankomen. In plaats daarvan bekeken ze groepsgemiddelden. Misschien schuilt in de manier waarop die worden berekend een onvermoede fout.

Opmerkelijk is verder dat de resultaten, gebaseerd op ruim 16.000 metingen verzameld vanaf 2009, een waarneming uit 1987 tegenspreken. Toen kwam licht van een verre supernova-explosie op onze planeet aan. Drie uur daarvoor arriveerde de neutrino’s. Dat kwam overigens niet omdat die neutrino’s sneller dan het licht gingen, maar omdat de fotonen vertraagd werden bij het verlaten van de steratmosfeer. Als de nu in OPERA gemeten neutrinosnelheid klopt, hadden de deeltjes in 1987 vijf tot zes uur eerder moeten aankomen – hoewel het feit dat het hier gaat om een ander type neutrino’s met andere energie die conclusie mogelijk voorbarig maakt.

Voorlopig zit er daarom niets anders op dan het experiment herhalen. ‘Meten is weten’, vertelt Linde. ‘Ik vind daarom dat een onafhankelijke meting door Japanse of Amerikaanse groepen moet plaatsvinden.’ Lindes voorstel is precies wat op stapel staat aan het Amerikaanse Fermilab en het Japanse T2K-experiment. Wordt dus nog vervolgd.

Dit bericht verscheen eerder in NWT Magazine