blik op de toekomst

Diep in de zee vinden we antwoorden op vragen rond ons bestaan

6 februari 2018 • 4 min leestijd

Sinds de oerknal bestoken neutrino’s, onzichtbare elementaire deeltjes, vanuit de kosmos de aarde. Door deze vaak miljarden jaren oude deeltjes te detecteren middels kennis van TNO, komen we meer te weten over hoe de wereld is ontstaan.

Neutrino’s zijn kleine, elementaire deeltjes die in ontelbare hoeveelheden sinds de oerknal vanuit de kosmos de aarde bestoken. Deze ongrijpbare en onzichtbare deeltjes gaan nauwelijks interactie met materie aan. Ze zijn niet geladen, buigen niet af maar gaan hun weg loodrecht vanaf hun oorsprong. Neutrino’s werden massaal gecreëerd tijdens de oerknal en worden door de zon en vele sterren uitgestraald. Door neutrino’s te detecteren, is te reconstrueren uit welk deel van het universum ze afkomstig zijn en vinden we antwoorden rond ons bestaan.

Neutrino’s meten

Om neutrino’s te kunnen waarnemen, bouwt een grote internationale groep wetenschappers en technici kilometers diep op de bodem van de Middellandse Zee twee grote sensornetwerken. Ze bestaan uit lichtgevoelige glazen bollen die in staat zijn neutrino’s te meten. De data die dit onderzoek binnen het KM3NeT-project oplevert, biedt kansen voor zowel wetenschap als bedrijfsleven.

Expertise in akoestiek

“Dat is precies de reden dat TNO met een voet in beide werelden een actieve rol heeft in het KM3NeT-project”, vertelt natuurkundige dr. Ernst-Jan Buis van TNO. “We brengen wetenschap en industrie bij elkaar. Daarnaast brengt TNO unieke expertise in over akoestiek die op termijn van grote waarde kan zijn om het onderzoek naar neutrino’s straks op een hoger plan te tillen. We meten in zee nu met licht, maar metingen met geluid geven tevens goed inzicht in het leven onder water. Zo kunnen we zeezoogdieren bestuderen, aard- of zeebevingen registreren, seismisch onderzoek doen en het is van belang voor offshorebedrijven, bijvoorbeeld in de olie- en gaswinning.”

“TNO brengt unieke expertise in over akoestiek die op termijn van grote waarde kan zijn om het onderzoek naar neutrino’s straks op een hoger plan te tillen”

Lichtgevoelige sensoren

Het enige wat neutrino’s kan stoppen is een frontale botsing met een waterstofmolecuul. Dat gebeurt vrij zelden. Om dat te kunnen waarnemen, moet het te detecteren watervolume zo groot mogelijk zijn. De zeebodem is zeer geschikt om een sensornetwerk aan te leggen voor een grote neutrinotelescoop. In water kan het neutrino een minuscule lichtflits geven die met behulp van de uiterst gevoelige bolvormige modules zijn waar te nemen. “Vandaar de keuze voor deze twee plekken in zee. Hier is het water op dieptes van 2,5 tot 3,5 kilometer nog relatief warm en relatief donker. Er is dus weinig strooilicht dat het waarnemen van de lichtflitsjes hindert. Het zijn allemaal omstandigheden die de kans op succesvolle metingen vergroten. En de eerste metingen met deze ‘neutrinotelescoop’ zijn veelbelovend”, zegt Buis. De twee gebieden bij Frankrijk en Italië zijn een kubieke kilometer groot en moeten straks in totaal zo’n zesduizend modules met lichtgevoelige sensoren bevatten. De bollen zijn bevestigd op honderden meterslange lijnen in het water. De data worden aan wal uitgelezen.

Meten met geluid

Maar TNO wil een stap verder. Begin 2017 presenteerde Ernst-Jan Buis voor een groep wetenschappers bij CERN in Genève – waar hij ooit zijn promotieonderzoek deed – een revolutionair plan om in een derde gebied, voor de Griekse kust, met hydrofoons neutrino’s te gaan meten. Naast het geven van een kleine lichtflits maken neutrino’s, als ze genoeg energie verliezen in het zeewater, namelijk ook geluid. Akoestiek onder water is een expertise waar TNO decennialang kennis over heeft opgebouwd, onder meer voor defensie. In Den Haag beschikt TNO over een uniek akoestisch bassin waar vooraf testen en experimenten met geluid onder water zijn uit te voeren.

“Data uit de metingen zoals die nu in zee worden uitgevoerd, leveren nuttige informatie op over de oerknal en energetische gaten”

Realtime uitlezen

“Het voordeel van meten met geluid is dat we een veel groter gebied tegen veel minder kosten met meetapparatuur kunnen uitrusten. Een kubieke kilometer is volgens ons te beperkt. Het idee is nu om buiten de Griekse kustplaats Pylos een gebied van niet één maar honderd kubieke kilometer van zo’n duizend hydrofoons te voorzien. TNO draagt bij aan het bepalen van de meest geschikte plek. In december zijn de eerste twee deep-sea geluidsrecorders, die door TNO beschikbaar zijn gesteld, op de zeebodem gezet. Met deze apparatuur kunnen we over veel grotere afstanden meten om zo het detectievolume nog groter te krijgen. Het systeem is gebaseerd op glasvezel waarbij geen elektriciteit nodig is. Metingen zijn aan land realtime uit te lezen via een kilometerslange glasvezel in zee waarop hydrofoons zijn bevestigd. TNO heeft technologie ontwikkeld om hoog energetische neutrino’s te kunnen meten, wat met licht niet kan. Daarvoor werken we samen met de Universiteit van Amsterdam.”

Seconde na de oerknal

Rasa Muller werkt voor haar afstudeerscriptie aan de UvA nauw samen met het team van Ernst-Jan Buis. Zij onderzoekt of de hydrofoons van TNO gevoelig genoeg zijn om neutrino’s mee te detecteren. Verder wil zij het bestaan van kosmische neutrinostraling, die een seconde na de oerknal ontstond, aantonen en hoeveel hoog energetische neutrino’s daarvoor nodig zijn. De detectoren in het huidige KM3NeT zijn hiertoe niet in staat, maar waarschijnlijk kunnen hydrofoons die TNO ontwikkelt hier wel antwoord op geven. “Een groot hydrofoonnetwerk in zee is niet alleen interessant voor het meten van neutrino’s. Het kan ook goed bruikbaar zijn voor toepassingen in andere domeinen. Ik hoop met fundamenteel onderzoek in samenwerking met TNO niet alleen bij te dragen aan de wetenschap, maar ook op termijn toepassingen voor de samenleving dichterbij te brengen”, zegt Muller.

Kansen voor bedrijfsleven

Buis: “We staan aan het begin van een traject waarvan de uitkomsten allerminst vast staan. Toch liggen er nu al goede kansen voor het bedrijfsleven als het gaat om samenwerking met TNO in de verdere ontwikkeling, productie en aanleg van hydrofoons die werken op basis van optische glasvezel. We hebben eerder optische fiber sensoren voor de ruimtevaart ontwikkeld en in het verlengde daarvan liggen hier mooie kansen voor onze maakindustrie. De Nederlandse inbreng met akoestische expertise in KM3NeT is al bijzonder en het zou geweldig zijn als ons bedrijfsleven daar ook een steentje aan gaat bijdragen.”

Credits beelden: KM3NeT

Meer weten over het project of wilt u de mogelijkheden voor de maakindustrie bespreken?

Neem contact op met Ernst-Jan Buis

Neem contact op
blik op de toekomst

Diep in de zee vinden we antwoorden op vragen rond ons bestaan

6 feb '18 - 4 min
Sinds de oerknal bestoken neutrino’s, onzichtbare elementaire deeltjes, vanuit de kosmos de aarde. Door deze vaak miljarden jaren oude deeltjes te detecteren middels... Lees meer
uitgelicht

Kanker opsporen met licht

6 mrt '18 - 3 min
Het principe werkt: je kunt met een eenvoudige, goedkope en pijnloze lichtmeting aan de binnenkant van de wang vroegtijdig zien of er een tumor aanwezig is in het... Lees meer
blik op de toekomst

Hoe controleer je de betrouwbaarheid van data?

26 okt '17 - 5 min
Het verkeer, werkomstandigheden, ons voedsel: alles is voor onze veiligheid en gezondheid gereguleerd en staat onder streng toezicht. Hoe zit dat met data, nu veel... Lees meer
dossier

Video: wat is blockchain?

6 jun '17 - 1 min
Blockchain wordt door sommigen gezien als de nieuwe digitale revolutie na het internet. Maar wat is het nou precies? In deze video leggen verschillende blockchainexperts... Lees meer
dossier

Techruption biedt omgeving en voorwaarden om blockchain te laten floreren

6 jun '17 - 5 min
Binnen het Techruption Blockchain-programma, dat onderdeel is van de Brightlands Smart Services Campus in Heerlen, werkt TNO samen met verschillende partners aan... Lees meer
verhaal van de klant

10 inspirerende ideeën voor de Nationale Wetenschapsagenda

1 okt '15 - 2 min
Een bundel essays over tien maatschappelijke uitdagingen en daaraan gekoppelde innovatie-opgaven waar Nederland in de toekomst voor staat. Dat werd aangeboden aan... Lees meer

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.