16 december 2017

Waarnemingen aan kosmische straling met de Pierre Auger detector wijzen wellicht op ‘Nieuwe Natuurkunde’

Boeiende tijden zo anno eind 2016. Eerst onze landgenoot Erik Verlinde, die met een nieuwe theorie over de zwaartekracht komt en die donkere materie koppelt aan donkere energie, dan de AMS-02 detector op het ISS, die wellicht een WIMP van 1 TeV zwaar heeft ontdekt, en tenslotte LIGO die wellicht signalen van kwantum zwaartekracht heeft gevonden – leuke wetenschappelijke verrassingen zo onder de wetenschappelijke kerstboom in 2016. En daar komt om het jaar 2016 helemaal feestelijk af te sluiten het volgende bij: mogelijk hebben ze met het Pierre Auger Cosmic Ray observatory, da’s een grote detector in Argentinië, waarmee ze al jaren deeltjes kosmische straling uit de ruimte waarnemen, iets ontdekt dat wijst op ‘Nieuwe Natuurkunde’, ook wel BSM genoemd, natuurkunde ‘beyond Standard Model’, natuurkunde die verder gaat dan hét model van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen, het Standaard Model. Die kosmische straling is energierijk, nee wat zeg ik, die is zééér energierijk. Weten ze met de Large Hadron Collider (LHC), ’s werelds grootste deeltjesversneller van CERN bij Genève, in Run 2 een botsingsenergie van 14 TeV te bereiken, de deeltjes van de kosmische straling kunnen nog véél meer energie bevatten, tot aan de energie van de huidige recordhouder toe, het Oh-my-God-deeltje, dat een formidabele energie van maar liefst 3 × 1020 eV had.

Voorstelling van het Pierre Auger Observatorium in Argentinië, dat deeltjes van de kosmische straling opvangt.

OK, wat is nu het geval? Die deeltjes van de kosmische straling komen vermoedelijk van extreme gebeurtenissen in  het verre heelal, zoals accretieschijven rondom actieve superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels. Het zijn vooral protonen en kerndeeltjes, die verschrikkelijk veel kinetische energie hebben. Na een reis van soms miljarden jaren komen ze bij de aarde aan en dan knallen ze in de bovenlagen van de atmosfeer tegen de atomen aldaar aan – voor ons fragiele menschen op deze aardkloot gelukkig maar. Wat er dan ontstaat is een cascade, een waterval aan nieuwe deeltjes, die zelf verderop in lagere delen van de atmosfeer ook weer in botsing komen en voor nieuwe cascades zorgen – de afbeelding bovenaan laat zo´n denkbeeldige cascade zien. Een deel van die deeltjes zijn muonen, kortlevende elementaire deeltjes, zwaardere versies van het elektron. Een onlangs gepubliceerd artikel in Physics Review Letters door het Pierre Auger team laat zien dat er met de gemeten hoeveelheid muonen iets vreemds aan de hand is: ze meten meer muonen dat op grond van het Standaard Model verwacht mag worden. Die muonen houden op hun beurt weer verband met het verval van pionen in de hogere lagen van de atmosfeer, een verval dat wellicht verklaard wordt door SM, wellicht ook niet. De statistische betrouwbaarheid van de metingen is 2,1 sigma, niet bijzonder veel in wetenschappelijke kringen, een kans van 1 op 100 dat het gemeten effect ruis is. Maar toch, het signaal is er. Het zou met name gaan om een afwijking die stateerd wordt bij een energie van 100 TeV, zes keer meer dan de maximale botsingsenergie die ze bij de LHC kunnen opwekken. Bron: Backreaction.

Laat wat van je horen

*