An extraordinary signal corresponding to a neutrino with an energy of about 220 PeV (220 times 10¹⁵ electron volts or 220 million billion electron volts). This was detected by the ARCA detector of the cubic kilometre neutrino telescope (KM3NeT) on 13 February 2023 in the deep sea. This measurement, named KM3-230213A, is the most energetic neutrino ever observed. This provides the first proof that neutrinos with such high energies are produced in the universe. After lengthy and meticulous analysis and interpretation of the experimental data, the international scientific KM3NeT collaboration published this fantastic discovery in the scientific journal Nature on 12 February 2025.

Detecting neutrinos with KM3NeT
After photons, neutrinos are the most common particles in the universe. They are very difficult to detect, due to their weak interaction with matter, which means it requires enormous detectors. The KM3NeT neutrino telescope, which is currently being build, is a gigantic deep-sea infrastructure divided into two detectors, ARCA and ORCA. When the detector is completely finished, it will occupy a volume of more than one cubic kilometre. KM3NeT uses seawater as an interaction medium for neutrinos. When a neutrino particle moves through the water, it can ‘collide’ with water molecules. Under the right circumstances, these collisions can create so-called ultra-relativistic particles. These particles then spread Cherenkov light: a bluish glow that is detected by the high-tech optical modules in KM3NeT.

The neutrino telescope is still under construction, which gives the discovery extra lustre. ‘We detected this neutrino with only a tenth of the final detector configuration. This shows the great potential of our experiment for studying neutrinos and for neutrino astronomy,’ says Aart Heijboer, KM3NeT Physics & Software Manager at the time of the detection, Nikhef researcher and professor at the University of Amsterdam.

Dutch scientists and technicians play an important role
Dutch scientists and technicians are closely involved in this special discovery. From the Netherlands, Nikhef, NWO-I, the University of Amsterdam, Leiden University, NIOZ and TNO are members of the KM3NeT collaboration. They have various leadership positions within the collaboration and are involved in the design, construction and placement of the detector, system engineering, software development and the final analysis of the data. "What a beautiful observation. This is very promising for the future of this field of research. I look forward to the coming years in which KM3NeT will be expanded,’ says Jorgen D'Hondt, director of Nikhef.

Development of “launch vehicle” by NIOZ
NIOZ researcher Hans van Haren has been involved in the project from the start. ‘Building a deep-sea neutrino detector of course requires oceanographic knowledge and expertise, and that is what we from NIOZ contribute,’ he explains. ‘For example the influence of currents on the detector, or bioluminescent organisms in the deep sea that can almost “blind” the detector. With the technicians from our NMF-department we developed a system to correctly lower the lines with the attached detectors into the water.’ The detectors – a series of glass spheres on a ‘detection line’ – are lowered in a launcher developed by NIOZ. Once at the bottom, the launcher rises, unwinding the line of detectors like a spool of thread.

Oceanographic research as part of KM3NeT
‘The NIOZ worked with Nikhef to design and build the mechanical part, and all the prototype tests were carried out from the Pelagia,’ says Van Haren. KM3NeT also offers opportunities for Van Haren's own oceanographic research. ‘As part of KM3NeT, we were able to deploy a 3D network of 3000 sensitive temperature sensors on the bottom of the Mediterranean Sea near the neutrino telescope. This allowed us to study three-dimensional processes of refracting internal waves and turbulent mixing in detail – something that until now was only measured in one direction.’ This measuring setup was raised again at the beginning of 2024, and Van Haren is now busy with the data analysis. ‘It is very nice to be able to collaborate with scientists from a completely different field of research, and to be able to strengthen each other.’

An extended version of this press release can be found on the Nikhef website

Diepzee-telescoop KM3NeT detecteert neutrino met hoogste energie ooit

De KM3NeT neutrinodetector heeft een kosmisch neutrino gedetecteerd met een recordenergie van ongeveer 220 PeV. Dat maakt het internationale samenwerkingsverband achter KM3NeT bekend, met een publicatie in wetenschappelijk tijdschrift Nature. Het hoog-energetische deeltje werd gedetecteerd in de Middelandse Zee, waar de neutrinotelescoop op de bodem van de diepzee staat. Het NIOZ is betrokken bij de ontwikkeling en bouw van deze diepzeetelescoop.

Een buitengewoon signaal dat overeenkomt met een neutrino met een energie van zo’n 220 PeV (220 keer 10¹⁵ elektronvolt of 220 miljoen miljard elektronvolt). Dat detecteerde de ARCA-detector van de ‘cubic kilometre neutrino telescope’ (KM3NeT) op 13 februari 2023 in de diepzee. Deze meting, genaamd KM3-230213A, is het meest energetische neutrino ooit geobserveerd. Dit levert het eerste bewijs dat neutrino’s met zulke hoge energieën geproduceerd worden in het heelal. Na langdurig en nauwgezet analyse- en interpretatiewerk van de experimentele data, publiceerde de internationale wetenschappelijke KM3NeT-samenwerking deze fantastische ontdekking op 12 februari 2025 in wetenschappelijk tijdschrift Nature.

Neutrino’s detecteren met KM3NeT
Neutrino's zijn, na fotonen, de meest voorkomende deeltjes in het universum. Toch zijn ze door hun zwakke wisselwerking met materie erg moeilijk te detecteren, en zijn er enorme detectoren voor nodig. De KM3NeT-neutrinotelescoop, die momenteel wordt gebouwd, is een gigantische diepzee-infrastructuur verdeeld over twee detectoren, ARCA en ORCA. Als de detector helemaal gereed is, zal deze een volume van meer dan een kubieke kilometer innemen. KM3NeT gebruikt zeewater als interactiemedium voor neutrino's. Wanneer een neutrinodeeltje zich door het water beweegt, kan het ‘botsen’ met watermoleculen. Bij zo’n botsing kunnen, onder de juiste omstandigheden, zogeheten ultrarelativistische deeltjes ontstaan. Deze deeltjes verspreiden daarbij Cherenkov-licht: een blauwachtige gloed die door de high-tech optische modules in KM3NeT gedetecteerd worden.

De neutrinotelescoop is nog in aanbouw, en dat geeft de ontdekking extra glans. ‘We hebben deze neutrino gedetecteerd met slechts een tiende van de uiteindelijke detectorconfiguratie. Dit toont het grote potentieel aan van ons experiment voor het bestuderen van neutrino's en voor neutrinoastronomie”, zegt Aart Heijboer, KM3NeT Physics & Software Manager ten tijde van de detectie, Nikhef-onderzoeker en hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam.

Nederlandse wetenschappers en technici spelen belangrijke rol
Nederlandse wetenschappers en technici zijn nauw betrokken bij deze bijzondere ontdekking. Vanuit Nederland zijn Nikhef, NWO-I, de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Leiden, NIOZ en TNO lid van de KM3NeT-samenwerking. Ze hebben verschillende leiderschapsposities binnen de samenwerking, en werken mee aan het ontwerp, de bouw en plaatsing van de detector, system engineering, softwareontwikkeling en de uiteindelijke analyse van de data. “Wat een zeer mooie observatie. Dit is veelbelovend voor de toekomst van dit onderzoeksveld. Ik kijk uit naar de komende jaren waarin KM3NeT uitgebreid wordt,” aldus Jorgen D’Hondt, directeur van Nikhef.

Ontwikkeling ‘draagraket’ door NIOZ
NIOZ-onderzoeker Hans van Haren is al vanaf het begin betrokken bij het project. ‘Het bouwen van een neutrinodetector op de diepzee vraagt natuurlijk oceanografische kennis en kunde, en dat is wat wij vanuit NIOZ bijdragen,’ legt hij uit. ‘Denk aan de invloed van stroming op de detector, of bioluminescentie van organismen in de diepzee die de detector bijna ‘verblinden’. Daarnaast hebben wij met de technici van NMF samen het systeem ontwikkeld om de lijnen met daaraan de detectoren op de juiste manier in het water te krijgen.’ De detectoren – een reeks glazen bollen aan een ‘detectielijn’ – worden in een door NIOZ ontwikkelde draagraket naar beneden gelaten. Eenmaal op de bodem komt de draagraket naar boven, waarbij de lijn met detectoren wordt afgewikkeld als garen van een klosje.

Oceanografisch onderzoek als onderdeel van KM3NeT
‘Het uitdenken en bouwen van het mechanisch gedeelte is door het NIOZ in samenwerking met Nikhef gedaan, en alle tests met prototypen zijn vanaf de Pelagia uitgevoerd,’ aldus Van Haren. Daarnaast biedt KM3NeT ook mogelijkheden voor Van Harens eigen oceanografisch onderzoek. ‘We hebben als onderdeel van KM3NeT in de buurt van de neutrinotelescoop een 3D-netwerk van 3000 gevoelige temperatuursensoren kunnen plaatsen op de bodem van de Middellandse zee. Daarmee kunnen we driedimensionale processen van brekende interne golven en turbulente mening in detail bestuderen – wat tot nu toe slechts in één richting is gemeten.’ Deze meetopstelling is begin 2024 weer omhoog gehaald, Van Haren is nu druk met de data-analyse. ‘Het is heel mooi om zo te kunnen samenwerken met wetenschappers uit een heel ander onderzoeksveld, en elkaar te kunnen versterken.’

Een uitgebreide versie van dit persbericht is te vinden op de website van Nikhef