18 december 2017

Wat leren we in Wenen over de stabiliteit van het heelal?

In de kwantum-mechanica wordt sterk rekening gehouden met de mogelijkheid dat ons heelal metastabiel is, dat wil zeggen dat het vacuüm niet stabiel in z’n grondstaat zit – z’n echte vacuüm – maar in een lokaal minimum, een staat met een iets hogere energie dan de grondstaat (zie afbeelding hierboven). In die toestand van metastabiliteit zou het heelal al snel na de oerknal terecht zijn gekomen. Er zijn drie staten waarin vacuüm zich kan bevinden, namelijk stabiel, metastabiel en instabiel – lees Olaf van Kooten z’n blog over meer achtergrondinfo. Belangrijk in dit verband is dat het Standaard Model van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen de mogelijkheid biedt om uit te rekenen hoe stabiel het vacuüm in het heelal is (of dat valse vacuüm permanent is of ooit ophoudt) en dat kan berekend worden aan de hand van twee massa’s, namelijk dat van het top quark en van het Higgs boson. En da’s precies het probleem: de massa van één van deze twee deeltjes is nog niet precies bekend. Je zou denken dat dat het in 2012 ontdekte Higgs boson is, maar verrassend genoeg is dat onjuist, het is het in 1977 ontdekte top quark waarvan de massa nog onzeker is1. In Wenen is momenteel de EPS-HEP 2015 bezig, de grote European Physical Society Conference on High Energy Physics, die tot en met woensdag zal duren. Daar werd deze afbeelding getoond van de massa van top quark en Higgs boson.

Je ziet dat er tussen de massa van het top quark nog behoorlijk verschil zit tussen de waarnemingen van de Amerikaanse Tevatron deeltjesversneller en de CMS detector van de Large Hadron Collider. De CMS-gegevens dateren nog van Run 1 van de LHC, op de EPS-HEP werd nog weinig getoond van Run 2, die nu gaande is. Je ziet dat het aangegeven gebied grotendeels in het metastabiele gedeelte zit, maar een klein stukje op de grens van stabiel en metastabiel. Met name dat laatste is ‘tricky’, zo’n overgang naar een stabiele grondstaat wil je niet meemaken – een heelal waarin plotseling hier en daar groeiende bellen ontstaan met daarin echt vacuüm zouden het einde van het ons bekende heelal betekenen. Verder onderzoek aan de massa’s van top quark en Higgs boson geeft hopelijk uitsluitsel over de zaak. Ter afsluiting nog een video, met daarin een simulatie van zo’n groeiende bel, waarmee het vals vacuüm zou vervallen in een echt vacuüm.

Bron: Francis Naukas.

Noten
  1. correctie: ook over de massa van het Higgs boson is nog niet helemaal zekerheid, maar die is minder groot dan van het top quark. []

Reacties

  1. Obelix Obelix zegt:

    Ik heb de blog van Olaf er nog maar even op nagelezen, want erg duidelijk is het verhaal me nog steeds niet. 🙂

    Als ik het goed begrijp zou het heelal “zoals we dat nu kennen”, kunnen ineenstorten, te beginnen op een willekeurige plaats (of meerdere plaatsen tegelijk, zie filmpje hierboven) eerst op atomaire schaal (of zelfs quarkschaal) en vervolgens , op lichtsnelheid, heel het universum besmetten.

    Wat ik me dan afvraag, “Waarom heeft het heelal zolang gedraald”, waarom is het dan niet allang eens gebeurt in al die 13,8 miljard jaar tijd.
    Het enige wat er voor nodig lijkt te zijn…. ik vul de tekst van de blog maar even volgens mijn fantasie aan… is dat er een TOPQuark en een HiggsBoson op elkaar storten.
    Tja, zou een dergelijke situatie zich niet al eens in een Neutronen Ster of tijdens een (super-)nova hebben voorgedaan?
    Lijkt me stug als dat niet het geval is, en dat Moedertje Natuur stiekem zit te wachten op een stelletje apen die zitten te spelen met een enorme lucifer ergens bij Geneve op Aarde/ Sol/ Melkweg/ Virgocluster…. 😀

    Groet, Paul

    • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt:

      Nee, het begin van zo’n transitie naar een werkelijke grondstaat zal plaatsvinden zonder dat daarvoor een Higgsboson en een topquark op elkaar knallen! Het is meer zo dat je aan de hand van de massa van de higgs en de topquark kunt berekenen hoe stabiel het vacuum is.

      • Obelix Obelix zegt:

        … en dus scheurt het vacuüm willekeurig ergens open…?

        { Maar ook dat is in de eerste 13,8 miljard jaar van ons heelal nooit gebeurd. }

        Groet, Paul

        • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt:

          Zover ik het begrijp (en dat zal wel niet 😛 ) is het inderdaad zoiets! Maar goed, Arie heeft hier meer verstand van dan ik en de beste man is aan het genieten van een welverdiende vakantie 😉

          • Obelix Obelix zegt:

            Da’s nu ook wat… eerst een blog over een niet te snappen onderwerp schrijven, en dan als de wiedeweerga snel op vakantie gaan … net voordat de moeilijk vragen komen. 😀

            Olaf, toch bedankt voor de moeite. 😉

            Groet, Paul

          • Als het waar is wat Arie schrijft, ga ik ook nog maar snel even een vakantie boeken 🙂

Laat wat van je horen

*