18 oktober 2017

Wordt het universum geregeerd door anti-neutrino’s?

WMAP-beeld van de kosmische achtergrondstraling

WMAP-beeld van de kosmische achtergrondstraling

Het is een bekend feit dat het heelal veel meer baryonische materie bevat dan anti-baryonische materie. Dit fenomeen wordt baryonen-assymetrie genoemd. Baryonen zijn subatomaire deeltjes die zijn opgebouwd uit drie quarks – bijvoorbeeld protonen en neutronen. Baryonen vormen het belangrijkste onderdeel van de normale materie waar we vertrouwd mee zijn. Er is echter veel minder bekend over een mogelijke leptonen-asymmetrie, waarbij er een oneven hoeveelheid leptonen en anti-leptonen zijn. De beste voorbeelden van leptonen zijn elektronen en neutrino’s. Vooral neutrino’s zijn veel moeilijker te detecteren dan baryonen, doordat ze veel lichter zijn en veel minder energie bevatten.

Nu heeft een team van Duitse natuurkundigen aanwijzingen gevonden voor leptonen-asymmetrie. Gegevens die verkregen zijn uit de kosmische achtergrondstraling hebben namelijk uitgewezen dat het universum mogelijk meer anti-neutrino’s bevat dan gewone neutrino’s (anti-neutrino’s verschillen van gewone neutrino’s door hun tegenovergestelde chiraliteit, in plaats van hun tegenovergestelde lading). Sterker nog: de leptonen-asymmetrie zou veel groter kunnen zijn dan de baryonen-asymmetrie! Bovendien zou de totale hoeveelheid leptonen de totale hoeveelheid baryonen kunnen overtreffen.

baryon asymmetry

Een “leptonisch universum” is een universum dat veel meer leptonen dan baryonen bevat. Een universum met veel meer anti-neutrino’s dan neutrino’s zou compleet onverwacht zijn. De betrokken natuurkundigen weten nog niet hoe het totaalplaatje hierdoor veranderd raakt, aangezien ze pas net begonnen zijn met het verkennen van dit idee.

Bewijs vinden voor leptonen-asymmetrie is geen eenvoudige opgave. Leptonen hebben bijvoorbeeld zo weinig energie, dat ze gemakkelijk verborgen kunnen blijven in de neutrino-achtergrond. Pogingen om ze te detecteren zullen dan op niets uitdraaien. Maar leptonen zijn wel waarneembaar in het vroege universum, aangezien ze van invloed zijn op nucleosynthese (de productie van atoomkernen vlak na de oerknal) en de kosmische achtergrondstraling (de straling dat is overgebleven van de de-ionisatie, zo’n 400.000 jaar na de oerknal).

leptons and quarks

Twee samen en drie generaties van materie. Leptonen, van links naar rechts: elektron-neutrino en elektron, muon-neutrino en muon, tau-neutrino en tau. Baryonen, van links naar rechts: up- en downquark, charm- en strangequark, top- en bottomquark.

Leptonen zijn vooral van invloed op de productie van helium in het vroege universum. In een nieuwe studie hebben natuurkundigen gemeten hoeveel helium het vroege universum bevat heeft. Hierbij is gebruik gemaakt van kosmische achtergrond-gegevens die van drie bronnen afkomstig zijn: de Atacama Cosmology Telescope, de Southpole Telescope en het WMAP-team. Door de resultaten te vergelijken met helium-metingen uit het lokale universum, kan meer verteld worden over een mogelijke leptonen-sasymmetrie.

De gegevens indiceren dat we mogelijk in een universum leven dat meer anti-neutrino’s dan neutrino’s bevat. Dit zou gevolgen kunnen hebben voor onze kennis van het vroege universum. Daarnaast zou

Laat wat van je horen

*