Neutrino's zijn de meest asociale deeltjes van het universum. Ze stromen door de aarde, door ons lichaam en aan de andere kant weer naar buiten, alsof er niets is gebeurd - want voor hen gebeurt er bijna nooit iets. Deze onzichtbare deeltjes behoren tot de moeilijkst waarneembare dingen die bestaan, toch vinden wetenschappers steeds manieren om bewijs van hun doortocht op te vangen, en openen zo nieuwe vensters op de kosmos en zijn meest extreme omgevingen.

Het vakgebied is opmerkelijk productief geweest voor iets dat is gebouwd op deeltjes die weigeren met iets anders in wisselwerking te treden. Neutrinonderzoek heeft bijgedragen aan vijf Nobelprijzen in de natuurkunde. Dit jaar ontving natuurkundige Francis Halzen de prijs "voor beslissende bijdragen aan het IceCube Neutrino Observatorium en de ontdekking van hoogenergetische neutrino's van astrofysische oorsprong."

George Fuller, een Distinguished Professor of Physics aan de University of California San Diego, bestudeert al decennia kernfysica, deeltjesastrofysica en kosmologie. Hij werkte ook samen met Halzen aan een vroeg wetenschappelijk artikel over IceCube. Zijn expertise helpt verklaren wat neutrino's zo ongewoon maakt - en waarom wetenschappers een enorm observatorium diep in het Antarctische ijs bouwden om ze te bestuderen.

Neutrino's behoren tot een groep die bekendstaat als elementaire deeltjes, waarvan wetenschappers menen dat ze geen kleinere componenten hebben. Ze komen in drie varianten: elektron-, muon- en tau-neutrino's. Anders dan elektrisch geladen deeltjes hebben neutrino's geen elektrische lading. Ze hebben wel massa, maar die is buitengewoon klein - mogelijk ongeveer 10 miljoen keer minder dan de massa van een elektron. Hun exacte massa's blijven onbekend, net als het mechanisme dat verantwoordelijk is voor het ontstaan ervan.

Een andere opmerkelijke eigenschap is hun vermogen om door materie te reizen met vrijwel geen weerstand. Omdat neutrino's zo zelden met andere deeltjes in wisselwerking treden, kunnen ze enorme afstanden afleggen met snelheden die de lichtsnelheid benaderen.

Neutrino's ontstaan op vele verschillende plaatsen, waaronder de zon, verre gebieden in de ruimte en bronnen die wetenschappers nog moeten identificeren. Ze zijn ook verbazingwekkend overvloedig. Schattingen suggereren dat het universum ongeveer 10^89 neutrino's bevat, wat neerkomt op ongeveer een miljard per atoom dat bestaat.

"Neutrino's zijn echt spookachtige deeltjes," zei Fuller. "Het is moeilijk om ze tegen te houden. Het is moeilijk om ze te vangen. Hoe weten we zelfs dat ze bestaan of waar ze zijn?"

Ondanks hun ongrijpbare aard treden neutrino's af en toe in wisselwerking met materie via een fundamentele kracht die bekendstaat als de zwakke wisselwerking. Deze kracht is ongeveer 20 ordes van grootte zwakker dan het elektromagnetisme. Dergelijke wisselwerkingen kunnen ervoor zorgen dat neutrino's verstrooien of worden geabsorbeerd, wat wetenschappers een manier biedt om ze op te sporen. Deze gebeurtenissen zijn echter zo zeldzaam dat het waarnemen ervan uiterst gevoelige apparatuur vereist.

Hun vermogen om door dicht materiaal te bewegen maakt neutrino's ook tot waardevolle boodschappers uit anderszins ontoegankelijke gebieden van het universum. Ze kunnen ontsnappen aan omgevingen rond instortende sterren en zwarte gaten, en informatie dragen die andere vormen van straling misschien niet onthullen.

De schaal van deze onzichtbare activiteit is duizelingwekkend. Ongeveer 100 miljard neutrino's passeren elke seconde elke vierkante centimeter van je lichaam, vrijwel volledig onopgemerkt.

"Omdat de wisselwerking zo zwak is, kunnen neutrino's bijna overal doorheen," zei Fuller. "Lichtjaren lood - afhankelijk van hun energie zouden ze er dwars doorheen gaan."

De zoektocht naar neutrino's begon lang voordat de technologie bestond om ze waar te nemen. In de jaren dertig stelde natuurkundige Wolfgang Pauli voor dat een onbekend deeltje zou kunnen verklaren waarom er bij bepaalde vormen van radioactief verval energie leek te ontbreken. Aanvankelijk gebruikte hij een andere naam voor het hypothetische deeltje (hij noemde ze destijds "neutronen").

Pauli begreep hoe moeilijk het zou zijn om zijn idee te verifiëren. Hij erkende het probleem beroemd genoeg met de woorden: "Ik heb iets verschrikkelijks gedaan, ik heb een deeltje gepostuleerd dat niet kan worden gedetecteerd."

Decennialang, ne