12 december 2017

Zou het Higgsboson werkelijk het heelal kunnen vernietigen?

Heb je wel eens van het Zwaard van Damocles gehoord? Vast wel, maar je weet wellicht het verhaal erachter niet. Toen Damocles beweerde dat z’n koning, Dionysius, vast een makkelijk en rijk leven zou lijden, kwam Dionysius met het voorstel om van plaats te ruilen met Damocles. Maar er zat wel een addertje onder het gras: boven de troon zou voortdurend een zwaard hangen, slechts bevestigd aan een enkele paardenhaar. Zo zou Damocles voelen dat het niet gemakkelijk is om koning te zijn en dat het ieder moment met ‘m gedaan zou kunnen zijn. Als iemand dus het Zwaard van Damocles boven zich voelt, dan vreest die persoon naderend onheil.

Om de één of andere reden smullen mensen van verhalen waarin naderend onheil een rol speelt. De hele 2012-hype is hiervan een goed voorbeeld! Ook zaken als magnetische ompoling en het produceren van zwarte gaten bij CERN komen altijd in een vruchtbare bodem terecht. En héé soms voelen ook gerespecteerde natuurkundigen het Zwaard van Damocles boven zich hangen – zoals nu, als we de media mogen geloven. Dat is allemaal de schuld van Stephen Hawking, die vorige week beweerde dat het hele heelal plotseling zou kunnen eindigen als gevolg van het spontane verval van Higgsbosonen. In kan je alvast verklappen dat die notie klopt. Toch is dat niet het hele verhaal – wat is er werkelijk aan de hand?

Wel, zoals wel vaker is de werkelijkheid minder spectaculair, maar een stuk interessanter. Het begint allemaal met een bekende eigenschap van de kwantummechanica: het feit dat kwantumsystemen niet altijd in de meest stabiele configuratie terecht komen. Zo kunnen ze in een lokaal stabiele staat terecht komen (een zogenaamde metastabiele staat). Je ziet dit soms bij elektronen in een atoom. De stabiele staat van een elektron is de zogenaamde grondstaat, oftewel het laagst mogelijke energieniveau. Soms kan een elektron spontaan een positie met meer energie innemen, hetgeen altijd tijdelijk is. Vroeg of laat schiet het elektron weer terug in de grondstaat, waarbij dan een foton wordt uitgestoten om het verschil in energie weg te nemen. Dit is de reden waarom we spectrumlijnen kunnen waarnemen in bv. sterren en quasars.

Met de ontdekking van het Higgsveld zou je je kunnen afvragen of het universum als kwantumfenomeen zich in de grondstaat bevindt, of dat het heelal een metastabiele (hogere) energiestaat inneemt. In dat laatste geval zou het heelal plotseling kunnen vervallen tot de grondstaat, waarbij zo’n beetje alles zal worden vernietigd. Volgens het standaardmodel van de natuurkunde is het antwoord op deze vraag afhankelijk van twee dingen: de massa van het Higgsboson en de massa van de topquark. Hoe massiever de Higgs, hoe groter de kans dat het universum metastabiel is (of zelfs ronduit instabiel). Hoe massiever de topquark, hoe groter dan de kans dat het universum metastabiel is. Nou, aangezien we de massa van beide deeltjes vrij accuraat opgemeten hebben, lijkt het erop dat het universum inderdaad metastabiel is.

Paniek! Vrouwen en kinderen eerst! We gaan eraan!!!! Ehm…nee. Kijk, als het heelal plotsklaps vervalt tot de grondstaat, dan komt dat door een proces dat kwantumtunneling heet. Nu is het inderdaad mogelijk dat het heelal vervalt, maar het is bijvoorbeeld ook mogelijk dat je tegen een muur op botst, om vervolgens spontaan (via kwantumtunneling) weer aan de andere kant tevoorschijn te komen. Het feit dat het mogelijk is, wil niet zeggen dat het waarschijnlijk is.

Bovendien zou een universum dat té stabiel is ook voor problemen zorgen. In dat geval zouden alle bewuste wezens simpelweg Boltzmann-breinen kunnen zijn. Metastabiel zijn kan in sommige gevallen juist iets goeds zijn, in plaats van een bron van naderend onheil. Je hoeft je vakantie dus niet te annuleren – het kwantumdraadje waaraan het Zwaard van Damocles bungelt is een stuk sterker dan je zou denken. Bron: One Universe at a Time‘.

Reacties

  1. Als ik het zo lees en goed begrijp zou ik zeggen dat het universum zich inderdaad in een metastabiele energiestaat bevind. Ik zou dan ook zeggen dat elke deeltje een vorm van een metastabiele energiestaat heeft aangenomen, want elke elementair deeltje heeft potentiele energie en daar bovenop kinetische energie. Deze deeltjes kunnen samen weer een hogere metastabiele energiestaat aannemen, zoals bijvoorbeeld quarks samen met gluonen weer een proton en neutron kan vormen en in combinatie met een elektron weer een atoom. En als je weer meerdere van deze deeltjes neem kan je weer grotere atomen vormen die weer een hogere metastabiele energiestaat hebben.

  2. Wat ik me afvraag: hoe plotseling zou plotseling zijn? Zou het complete universum overal tegelijk vernietigd worden? En hoe moet ik me die vernieting voorstellen? Iets dat in milliseconden gebeurt?
    Of zou het universum op verschillende plekken op verschillende tijden vernietigd worden? M.a.w.: zouden wij het naderend onheil op afstand op ons af kunnen zien komen?

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Olaf van KootenOlaf van Kooten zegt:

      In principe ontstaat een gebied met een grondstaat (een “echt vacuum”) in een gebied kleiner dan een atoom en breidt zich daarna met de lichtsnelheid uit. Zodra dat “front” je bereikt, ben je instantly weg. Protonen en neutronen kunnen niet bestaan, alle materie verdwijnt. Maar goed, als het instorten van het higgsveld en de semistabiele staat ver buiten het waarneembare universum plaatsvindt, kunnen we dat in theorie pas over vele miljarden of zelfs biljoenen jaren merken.

      • Met andere woorden: het kan allang gebeurd zijn! Je zegt dat het met de lichtsnelheid plaatsvindt en dat lijkt heel snel, maar als het op miljarden lichtjaren afstand begon, dan duurt het nog wel ‘even’ voordat we het hier zouden merken. Zeg ik het goed dat we zouden kunnen merken dat het gaande is doordat aan een deel van de hemel de sterren beginnen te verdwijnen? Zo ja, dan weten we hoe laat het is als het steeds donkerder om ons heen wordt…

        Gelukkig zie ik op dit nachtelijke moment buiten nog wel het een en ander. 😉

        groet,
        Gert (Enceladus)

        • De Schrijvende Poes zegt:

          “Zeg ik het goed dat we zouden kunnen merken dat het gaande is doordat aan een deel van de hemel de sterren beginnen te verdwijnen?”

          Nee, gelukkig niet. Als we het licht zien uitgaan is het ook meteen afgelopen. Het is net als een supernova (of elk ander licht): we weten pas dat-ie afgegaan is als het licht ons bereikt. En voor ons gezien gebeurt het dan ook op dat moment.
          In het geval van een “false vacuum decay” gaat het natuurlijk niet om licht, maar wel om de lichtsnelheid.

Laat wat van je horen

*