Vorige week werd de Nobelprijs Natuurkunde 2026 toegekend aan de Belgisch-Amerikaanse deeltjesfysicus Francis Halzen. Meteen moest ik denken aan mijn bezoek aan de geografische zuidpool, in december 2012, toen ik ook een kijkje heb genomen bij het IceCube-experiment dat in 1988 door Halzen werd bedacht, en waarvoor hij nu wordt onderscheiden.
Met ICeCube moest het mogelijk zijn om spookdeeltjes uit het verre heelal te 'vangen'. Die neutrino's gaan vrijwel geen wisselwerking aan met andere elementaire deeltjes, waardoor ze dwars door je meetapparatuur heen vliegen - dat schiet natuurlijk niet op. Slechts heel af en toe botst een energierijk neutrino uit het heelal op een atoomkern, waarbij (indirect) een piepklein, uiterst zwak lichtflitsje ontstaat.
Als je zulke lichtflitsjes wilt registreren, moet je drie dingen bedenken. Om te beginnen moet je in een aardedonkere omgeving zitten, anders vallen de flitsjes niet op, zo zwak zijn ze. Bovendien moet je een transparant materiaal gebruiken. Ga maar na: als er binnenin een blok beton een lichtflitsje optreedt als gevolg van de botsing van een neutrino, ziet niemand dat. Je kunt dus beter glas gebruiken, of transparant ijs. Tot slot: het heeft geen zin om te wachten totdat er een keer zo'n lichtflitsje gegenereerd wordt in een ijsklontje van een paar kubieke centimeter. De botsingen zijn zo zeldzaam dat je dan kunt wachten tot je een ons weegt.
Francis Halzen dacht: één plus één plus één is drie. Hij verzon de IceCube-detector: een 'ijsklontje' van een kilometer bij een kilometer bij een kilometer (probeer het je even voor te stellen!), en dan op anderhalve kilometer diepte, zodat het er echt pikdonker is. Redelijke kans dat daar een paar keer per dag een neutrinobotsing in plaatsvindt. Als je het blok ijs vol hangt met gevoelige lichtsensoren, kun je die flitsjes meten, en er achter komen uit welke richting het neutrino afkomstig was, en wat zijn energie was.
Leuk idee, maar hoe stop je een kubieke kilometer ijs onder de grond? Ha, dat was het geniale van Halzens voorstel: dat kolossale ijsblok ligt er al, op Antarctica. De ijskap op de zuidpool is vele kilometers dik, en het ijs is heel zuiver en transparant. Het enige wat je hoeft te doen, is de lichtsensoren erin zien te krijgen, op een diepte tussen anderhalf en tweeëneenhalve kilometer onder het oppervlak.
Dat is uiteindelijk gelukt door met heet water gaten in het ijs te boren, en de lichtsensoren aan lange kabels naar beneden te laten zakken. Vervolgens vriest alles weer dicht, en is de 'detector' volgehangen met vele duizenden sensoren. De meetgegevens worden via dezelfde kabels doorgegeven aan een groot datacenter dat op het bevroren oppervlak van de zuidpool staat.
In december bracht ik een bliksembezoek aan het South Pole Station, op uitnodiging van de Amerikaanse National Science Foundation, die de onderzoeksbasis op het 'onderste puntje van de aardbol' financiert en beheert. Dat was op zich al een heel avontuur (inclusief landing in een militair Hercules-vrachtvliegtuig met ski's in plaats van een traditioneel landingsgestel!), maar het tripje naar IceCube - per sneeuwtractor - was wel echt een hoogtepunt.
Natuurlijk is er bovengronds niets van al die sensoren onder je voeten te zien. Je ziet alleen waar de kabels boven het ijs komen, en in dikke bundels richting het datacenter worden geleid. Dat datacenter is vooral een grote (en koude!) ruimte met computerracks, met daarnaast een kleine 'controlekamer' waar wetenschappers de binnenkomende metingen aan een eerste analyse kunnen onderwerpen. Het hele gebouw staat op verstelbare poten, omdat de Antarctische ijskap heel veranderlijk is door sneeuwval.
Maar het besef dat er op een paar kilometer onder die ijskap duizenden elektronische ogen in het pikkedonker jacht maken op zeldzame flitsjes, veroorzaakt door kosmische spookdeeltjes, maakte een diepe indruk op me. Bovendien werd er aan het oppervlak ook hard gewerkt aan een uitbreiding van de neutrinodetector, waarbij niet naar lichtflitsjes maar naar zwakke radiosignaaltjes wordt gezocht, veroorzaakt door diezelfde mysterieuze deeltjes. Die Askaryan Radio Array (ARA) was eind 2012 volop in aanbouw.
IceCube werd in 2010 in gebruik genomen. In augustus 2011 en januari 2012 waren er al twee extreem energierijke neutrino's gedetecteerd, die door de teamleden Bert en Ernie waren genoemd. Dat wisten mijn gastheren in december 2012 dus al, maar daarover lieten ze toen nog niks los; die resultaten zijn pas eind 2013 gepubliceerd. Later zijn er nog veel meer record-neutrino's uit het verre heelal gevonden. Zo legde Francis Halzen met zijn IceCube-idee de basis voor een compleet nieuwe vorm van sterrenkunde bedrijven - voldoende reden om hem te eren met de Nobelprijs.
Via-via hoorde ik van de Amsterdamse natuurkundige Daan van Eijk, die in de Verenigde Staten met Halzen heeft samengewerkt, dat de kersverse 82-jarige Nobelprijswinnaar zelf nooit op de zuidpool is geweest. Ik denk dat het hoog tijd wordt dat hij er een keer een kijkje gaat nemen - zo oud is 82 nou ook weer niet. En ik wil wel mee om er een mooie reportage over te schrijven. Horen jullie mij, National Science Foundation?