Op dinsdag 6 oktober 2026 maakte het Nobelcomité bekend dat de Belgisch-Amerikaanse onderzoeker Francis Halzen dit jaar de Nobelprijs voor natuurkunde krijgt. Hij ontvangt die hoogste wetenschappelijke eer voor zijn bijdrage aan het neutrino-observatorium IceCube op Antarctica.
Dit observatorium was enkele maanden eerder ook al in het nieuws: ‘Kosmisch deeltje op Antarctica lijkt 11 miljard jaar te hebben gereisd’, zo luidt de kop boven een artikel van wetenschapsjournalist Govert Schilling in juni 2026 in De Volkskrant. Die kop roept de nodige vragen op: Wat is dat voor een deeltje? Wat doet het op de zuidpool? Hoe weten we dat het zo lang gereisd heeft? Waarom heeft Francis Halzen de Nobelprijs gekregen? Laten we dat proberen uit te zoeken.
Neutrino
Schilling vertelt in het artikel dat het om een neutrino gaat. Dit neutrino werd op 21 september 2021 gemeten met de IceCube detector op de Zuidpool. In een internationaal sterrenkundetijdschrift (Nature Astronomy) verscheen in juni 2026 een artikel over deze meting.
Neutrino’s zijn uiterst kleine deeltjes die veel voorkomen in het heelal maar lastig te detecteren zijn. Ze ontstaan bijvoorbeeld bij bèta-verval in een atoomkern, zoals dat van kobalt-60, een radioactieve stof die in ziekenhuizen gebruikt wordt om tumoren mee te bestralen. Bij het verval komen zowel een β--deeltje als γ-straling vrij.
a) Geef de vergelijking voor het verval van Kobalt-60.
Het is de zwakke kernkracht die verantwoordelijk is voor het verval waarbij een β- of β+ deeltje vrijkomt. Een β+ deeltje ontstaat als een proton vervalt naar een neutron.
b) Geef de vergelijking voor dit verval.
In 1930 voorspelde de Duitse natuurkundige Wolfgang Pauli dat er bij β-verval nóg een deeltje vrijkomt. De Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi gaf dit deeltje de naam neutrino (‘klein neutraaltje’). Pas in 1956 werd het neutrino ook echt gemeten. Bijna veertig jaar later, in 1995, werd voor deze ontdekking de Nobelprijs voor natuurkunde uitgereikt. Slechts een van de twee ontdekkers kreeg de prijs.
c) Zoek op welke natuurkundigen in 1956 het neutrino voor het eerst konden aantonen en waarom maar één van hen de Nobelprijs kreeg.
Het gaat om Clyde Cowan en Frederick Reines. Alleen Reines kreeg de Nobelprijs omdat Cowan inmiddels was overleden en de Nobelprijs nooit postuum wordt uitgereikt.
Neutrino’s ontstaan bij kernfusiereacties in sterren, dus ook in het binnenste van onze zon.
De belangrijkste reactie waarbij neutrino’s vrijkomen is de omzetting van waterstof (proton) naar helium. Dat gebeurt in een reeks van reacties. Bij een van die reacties komt een neutrino vrij, namelijk als twee protonen op elkaar botsen en er deuterium (zwaar waterstof) ontstaat:
Hierin is ν (de Griekse letter n, je spreekt het uit als ‘nu’) het symbool voor een neutrino (Het subscript e geeft aan dat het een elektron-neutrino is. Er zijn ook andere neutrino’s maar daar gaan we bij deze opgave niet op in).
De deuteriumkern bestaat uit 1 proton en 1 neutron.
d) Waarom zou deuterium ook wel ‘zwaar waterstof’ genoemd worden?
Deuterium heeft in de kern een neutron en een proton, de kern is dus zwaarder dan die van waterstof dat alleen een proton heeft, terwijl het ook waterstof is want het heeft atoomnummer 1.
In de kern van de zon worden op deze manier heel veel neutrino’s geproduceerd. Volgens Wikipedia zijn het er 2 · 1038 per seconde, die in alle richtingen nagenoeg ongehinderd door de ruimte bewegen.
e) Laat met een berekening zien dat 7,1 · 1014 neutrino’s per vierkante meter de aarde bereiken.
De neutrino’s worden in alle richtingen uitgezonden, bolvormig dus. Je moet dus kijken naar het oppervlak van een denkbeeldige bol om de zon, met straal de afstand van de zon tot de aarde. Gebruik de kwadratenwet: , met I het aantal neutrino’s per m² en R de afstand zon-aarde in meter. Dit levert I = 7,1·1014 neutrino’s per m2.
Volgens een artikel in De Volkskrant van 6 oktober 2026 van George van Hall zei fysicus Mark Pearce tijdens de bekenmaking van de Nobelprijs: ‘Door mijn hand vliegen elke seconde meer dan 1 miljard neutrino’s’.
f) Controleer deze bewering met een berekening.
De geschatte oppervlakte van een hand is 150 cm2 (10 x 15 cm).
Dat zijn dan 7,1·1014 · 150 · 10-4 = 1,1 · 1013 neutrino’s. Dat zijn zelfs tienduizend miljard neutrino’s, dus nog heel veel meer.
Ondanks het zeer grote aantal neutrino’s dat de aarde bereikt, is het heel lastig een neutrino te meten. De deeltjes zijn heel licht en heel klein en vliegen met een snelheid bijna gelijk aan de lichtsnelheid bijna overal doorheen. Er zijn grote detectoren nodig om ze te meten, en dat brengt ons naar de Zuidpool.
Zuidpool
Op de Zuidpool bevindt zich de IceCube detector, die bestaat uit een groot aantal lichtdetectoren diep in het ijs die neutrino’s kunnen aantonen. De Nobelprijswinnaar Francis Halzen heeft een belangrijke rol gespeeld bij het realiseren van deze detector.
Heel soms botst een neutrino op een proton en dan ontstaan geladen deeltjes, bijvoorbeeld positronen of muonen.
g) Geef de reactievergelijking als een neutrino op een proton botst waarbij onder andere een positron ontstaat.
Als het neutrino genoeg energie heeft kan het ontstane positron zoveel kinetische energie hebben dat zijn snelheid groter is dan de lichtsnelheid in ijs. Het geladen deeltje zendt dan blauw licht uit (dit heet Cherenkovstraling) dat de lichtdetectoren kunnen meten.
Volgens Wikipedia kan de IceCube detector neutrino’s meten in het energiebereik van 100 GeV tot enkele PeV. Het neutrino waarover Schilling het artikel in De Volkskrant schreef, had ‘ruim honderd keer zoveel energie … als een aardse deeltjesversneller kan genereren’. De Large Hadron Collider (LHC) bij het CERN in Geneve kan deeltjes een energie meegeven van 1,09 . 10-6 J.
h) Kan IceCube zo’n neutrino van de LHC detecteren?
Als we 1,09 ·10-6 J omrekenen, komen we uit op 6,8 TeV. De energie van het neutrino zou dus ongeveer 680 TeV zijn.
Het bereik van de IceCube is 100 GeV tot enkele PeV, dit is 100 · 109 eV = 1 . 1011eV tot 1015 eV.
680 TeV = 680 · 1012 eV = 6,8 · 1014 eV. Dat valt binnen het bereik en kan dus gemeten worden.
11 miljard jaar
Zo’n energierijk neutrino als met de IceCube is gemeten, is niet afkomstig van de zon of andere sterren. Er zijn heftigere processen nodig om deeltjes zoveel energie mee te geven. Vermoed wordt dat in de omgeving van zwarte gaten, in andere sterrenstelsels, zulke energierijke neutrino’s kunnen ontstaan.
De IceCube detector kan niet heel precies meten uit welke richting een gedetecteerd neutrino afkomstig is. Sterrenkundigen hebben met andere telescopen het gebied aan de sterrenhemel waar het deeltje vandaan kwam afgezocht, maar vonden daar geen zwarte gaten. Wat ze wel vonden was een actief sterrenvormingsgebied in een sterrenstelsel op 11 miljard lichtjaar afstand, waar door extreme omstandigheden energierijke neutrino’s zouden kunnen ontstaan.
Twee Nobelprijzen
Het neutrino heeft tot nu toe twee Nobelprijzen opgeleverd: in 1995 voor het voor het eerst meten van een neutrino en in 2026 voor het mede ontwikkelen van een meetinstrument (de IceCube detector) waardoor neutrino’s ons iets kunnen vertellen over nog onbekende fenomenen in het heelal. Wie weet hoeveel Nobelprijzen er nog volgen!
Meer weten over deze bijzondere deeltjes? Het boekje Spookdeeltjes van Dorine Schenk bevat veel informatie en is goed leesbaar.
