23 oktober 2017

“LISA zal de geboorte gaan zien van de elektromagnetische wisselwerking”

We kennen vier fundamentele natuurkrachten, de sterke, zwakke en elektromagnetische wisselwerking en de zwaartekracht. Natuurkundigen denken dat er niet altijd vier natuurkrachten zijn geweest. Tijdens het zeer vroege heelal, kort na de oerknal, vormden de zwakke en elektromagnetische wisselwerking één geünificeerde kracht, zoals ze dat zo mooi noemen, de elektrozwakke wisselwerking. Toen de temperatuur daalde door de expansie van het heelal tot onder 10^15 K – toen de deeltjes een gemiddelde energie van 246 GeV hadden – trad de zogeheten elektrozwakke fasetransitie op, dat wil zeggen dat de geünificeerde kracht uiteenviel in twee aparte krachten, de zwakke en elektromagnetische wisselwerking. Dat vond plaats toen het heelal slechts 10^-12 seconde oud was, een biljoenste van een seconde! Dat was dus het moment dat twee natuurkrachten ontstonden, twee krachten waarvan wij vooral te maken hebben met de elektromagnetische wisselwerking, waarvan we in ons dagelijks leven manifestaties zien zoals licht, radiostraling en magnetisme.

Kip S. Thorne aan ’t rekenen geslagen. Credits: Chris Klimek

Die geboorte van de twee natuurkrachten 13,8 miljard jaar geleden lijkt een hoog vervanmijnbedshow gehalte te hebben, eentje van leuk om te weten, maar dat zullen we nooit en te nimmer kunnen aanschouwen – hooguit voer voor stoffige studeerkamerfilosofen. Maar laat nou deze week iemand roepen dat we over enkele jaren wel degelijk getuige kunnen zijn van dat magische moment. En laat dat nou niemand minder zijn dan Kip S. Thorne, de natuurkundige die aan de basis heeft gestaan van de theorie van botsende zwarte gaten, die zwaartekrachtsgolven produceren, welke gedetecteerd kunnen worden, en die daar als gevolg van de daadwerkelijke detectie van dergelijke zwaartekrachtsgolven door de LIGO detector in de VS vorige week de Nobelprijs voor de Natuurwetenschappen 2017 heeft gekregen. Na de toekenning van de prijs gaf Thorne een interview, waarin hij uitgebreid ingaat op de theorie van de zwaartekrachtsgolven en de instrumenten waarmee die gedetecteerd kunnen worden.

Impressie van LISA in de ruimte, die zwaartekrachtsgolven kan detecteren.

Momenteel hebben we de LIGO- en VIRGO-detectoren, die tussen 2015 en 2017 vier keer zwaartekrachtsgolven hebben gedetecteerd, allen veroorzaakt door zware botsende en samensmeltende zwarte gaten. In de toekomst komen er nog gevoeliger detectoren en eentje daarvan is de Europese LISA-detector, die ergens rond 2034 in de ruimte zal worden gestationeerd, met behulp van een drietal satellieten, die met elkaar in contact staan door middel van lasers – de daarvoor benodigde technieken worden momenteel getest door de LISA Pathfinder missie, die in de ruimte wordt uitgevoerd. In dat interview zei Thorne het volgende over LISA:

LISA is the ideal instrument to observe gravitational waves produced when the universe was about 10¹² seconds old, and its cooling triggered the electroweak phase transition, giving birth to the electromagnetic force and the weak nuclear force. It is possible that this phase transition was first order, which means that the electromagnetic force was born in bubbles, like water droplets that form from water vapor. According to the theory, when bubbles with the electromagnetic force on the interior but not the exterior are formed, they expand with the speed of light, collide and produce gravitational waves. These waves shift to longer wavelengths as the universe expands and today they should be in the LISA wavelength band. It is a realistic dream that, thereby, LISA will watch the birth of the electromagnetic force. That’s truly amazing.

Het vetgemaakte zinnetje is waar ik op doel en waar de titel van deze blog vandaan komt. LISA zal dus mogelijk letterlijk en figuurlijk zwaartekrachtsgolven detecteren uit die eerste fractie van een seconde van het heelal, op het moment dat de elektrozwakke wisselwerking uiteenviel in de zwakke en elektromagnetische wisselwerking! En da’s geen voorspelling van de tovenaar van Oz, maar van Kip. S. Thorne, voorspeller van de detectie van zwaartekrachtsgolven afkomstig van botsende zwarte gaten en zoals gezegd winnaar van de Nobelprijs voor de Natuurwetenschappen daarvoor. Mmmm, mocht dat inderdaad gebeuren dan moeten we dus geduld hebben tot tenminste 2034, als LISA wordt gelanceerd. Ja, ook in de wetenschap is geduld een schone zaak. 🙂 Hoeveel jaar zat er ook weer tussen de voorspelling van het bestaan van het Higgs deeltje en de ontdekking ervan? Bron: CERN.

Laat wat van je horen

*