24 april 2018

Over het bestaan van het heelal

[Update 29 oktober 08.45 uur] Ik zag gisteren na de publicatie van mijn blog een artikel van de Spaanse natuurkundige francis Naukas, die Christian Smorra vanwege diens uitspraak dat het heelal er eigenlijk niet had mogen zijn helemaal afbrand. De metingen aan het magnetische moment van antiprotonen bevestigd de zogeheten CPT symmetrie, maar het zegt totaal niets over de schending van de CP symmetrie, die mogelijk zijn opgetreden tijdens de oerknal en die de asymmetrie tussen materie en antimaterie verklaart. Naukas noemt de uitspraak van Smorra en alle nieuws die het wereldwijd ontvangen heeft ‘paparruchas’, fake nieuws. Bron: La Ciencia de la Mula Francis.

Recentelijk zijn twee berichten tot ons gekomen, die gaan over het bestaan van het heelal – nogal fundamentele, existentiële berichten dus als je ’t zo mag zeggen. Ten eerste hebben ze onlangs zeer nauwkeurige metingen gedaan aan antiprotonen, de antideeltjes van de gewone protonen, de kerndeeltjes waar jij en ik, de planeten en sterren in dit heelal grotendeels uit bestaan. Het Standaard Model van de elementaire deeltjes en natuurkrachten zegt dat materie en antimaterie qua eigenschappen exact hetzelfde zijn, dat ze symmetrisch zouden moeten zijn. Maar als dat zo is, dan zouden ze bij de oerknal, waarmee 13,82 miljard jaar geleden het heelal ontstond, in dezelfde hoeveelheden moeten zijn gecreëerd en dat zouden de deeltjes materie en antimaterie elkaar vervolgens moeten annihileren, overgaan in straling.

Maar ja, wij zijn er gewoon en dit heelal bevat heel weinig antimaterie (gelukkig maar). Vandaar dat materie en antimaterie wellicht toch niet helemaal hetzelfde zijn en een klein verschil in hun kwantumeigenschappen de verklaring levert voor het kennelijke overschot van materie boven antimaterie gedurende de oerknal en het feit dat wij er zijn. En dat was precies het doel van CERN’s Baryon–Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) bij Genève: kijken of er een verschil is in het magnetische moment van protonen en antiprotonen.

Dwarsdoorsnede van het BASE experiment.

Van protonen was dat al lang bekend, maar van antiprotonen niet. Nu is dat opgemeten en wat blijkt: het magnetisch moment van protonen en antiprotonen is exact hetzelfde. En dat betekent dus dat tijdens de oerknal materie en antimaterie toch in gelijke hoeveelheden moeten zijn gecreëerd en vervolgens geannihileerd. De eerste auteur van het vakartikel en leider van het BASE experiment, Christian Smorra, zei er deze week het volgende over:

All of our observations find a complete symmetry between matter and antimatter, which is why the universe should not actually exist. An asymmetry must exist here somewhere but we simply do not understand where the difference is. What is the source of the symmetry break?

Tsja, dat is nogal wat, eigenlijk zou dit heelal niet moeten bestaan! Maar ja, zoals gezegd bestaan het heelal wel degelijk en vullen wij met elkaar de aardkloot, die om de zon draait. Dat kan twee dingen betekenen: de waarnemingen gedaan met BASE kloppen wel, maar er zijn mogelijk andere verschillen tussen materie en antimaterie, die nog niet zijn opgemerkt. En het zou kunnen zijn dat het Standaard Model niet volledig is, dat er ‘Nieuwe Fysica’ is, die de feitelijke asymmetrie tussen materie en antimaterie kan verklaren.

Dan het tweede bericht over ons bestaan, nou ja eigenlijk over ons voortbestaan. We bestaan, daar kunnen we het met z’n allen wel over eens zijn, maar hoe lang bestaan we nog. Nee, dan heb ik het niet over klimaatopwarming met desastreuze gevolgen, over apocalyptische kometen die onze kant uitkomen of gekken in Washington en Pyongjang die op de rode knop drukken, nee dan heb ik het over het bestaan van het gehele universum. Zoals hier eerder beschreven en ook hier gemeld (u was gewaarschuwd!) zou het wel eens kunnen zijn dat wij ons bevinden in een metastabiel vals vacuüm, een toestand die zo maar door een mechanisme dat kwantumtunneling wordt genoemd over zou kunnen gaan in een stabiel echt vacuüm, met als gevolg dat alles in het heelal van het ene op het andere moment er niet meer is, een overgang die wellicht via groeiende bellen plaatsvindt.

Image Credits: Gary Scott Watso

Cruciaal in dit verhaal schijnt de massa te zijn van zowel het Higgs boson als het zwaarste quark dat er bestaat, het top quark. Beiden zijn lastig te meten, maar op dit moment zijn dit de beste waarden – op de x-as de massa van het Higgs boson, de de y-as de mass van het top quark.

Figure 2 from Bednyakov et al, Phys. Rev. Lett. 115, 201802 (2015)

Die rode punt in de grafiek geeft aan in welke toestand ons heelal zich bevindt, op basis van de gemeten massa’s van de twee deeltjes. Je ziet het, we zitten in een metastabiele toestand, helaas niet in de veilige onderste regionen van de grafiek, waar absolute stabiliteit heerst. Maar niet gewanhoopt, want die metastabiele fase kan nog heel lang duren. Berekeningen geven aan dat deze fase pakweg 10^613 ( 😯 ) keer zo lang kan duren als de huidige leeftijd van het heelal. Ooooh, het heelal blijft nog wel eventjes bestaan… tenminste, volgens het Standaard Model. Mocht er toch Nieuwe Fysica zijn met nieuwe, zwaardere (supersymmetrische) deeltjes, dán wordt het weer een ander verhaal. Wordt vast vervolgd! Bron: Astroengine + Backreaction.

Reacties

  1. Of misschien net niet? 🙂

    • Hoe bedoel je? Dat het misschien net niet wordt vervolgd?

      • Ja, als die kwantum tunneling optreedt voor jij een vervolg kunt schrijven, dan is er geen meer. Oké, we gaan er maar van uit dat dat metastabiele vacuum nog even doorgaat, maar het idee dat het zomaar ineens kan ophouden (en dat we het dan ook niet eens zullen beseffen – ’t is alvast een pijnloos heengaan) doet een mens wel even slikken. Enfin, 10^613 keer de leeftijd van het heelal, dat geeft een behoorlijke marge. (Maar weet men dat wel zeker?) 🙂

  2. Ik heb er zojuist nog een update aan toegevoegd, met de gepeperde mening van de Spaanse natuurkundige Francis Naukas over Smorra’s uitspraak.

Laat wat van je horen

*