4 oktober 2022

Over baryogenese en het pentagon

Zoals ik gisteren [1]22 januari 2007 dus meldde was er een en ander mis gegaan met m’n computer en met de voor mij zo kenmerkende rust en kalmte heb ik dat apparaat toen het raam uitgelazerd en heb vervolgens op een andere PC op serene wijze een andere Astroblog in elkaar gefrommeld. Eentje die niet ging over het oorspronkelijke onderwerp, het Pentagonmodel van de elementaire deeltjes, maar over interessante dingen die de komende tijd aan de avondhemel te zien zijn (ik zei overigens gisteren dat ik hoopte dat WordPress versie 2.1 spoedig uit zou komen, met daarin een autosave. De goden moeten mij gehoord hebben, want 19 uur geleden verscheen wereldwijd versie 2.1, bijgenaamd Ella!!) Vervolgens kreeg ik vele fanmail en verzoekjes of ik toch niet wilde bloggen wat ik van plan was, namelijk het verhaal over dat Pentagonmodel. Nou, jullie begrijpen dat ik de trouwe astrobloglezers niet wil teleurstellen en daarom, met een vertraging van een dag alsnog dat onderwerp op dit astro-podium.

Andrei Sacharov

Credit: Public Domain

Het begint in feite allemaal in het jaar 1967 als Andrei Sacharov een artikel publiceert in het vakblad Journal of Experimental Theoretical Physics. Hé Sacharov, is dat niet die Russische natuurkundige, de vader van de waterstofbom van Rusland, de voorvechter van de mensenrechten en hervormingen in de Sovjet-Unie, en de Nobelprijswinnaar voor de Vrede in 1975? Jazeker, Sacharov is inderdaad die Russische natuurkundige, de vader van de waterstofbom van Rusland, de voorvechter van de mensenrechten en hervormingen in de Sovjet-Unie, en de Nobelprijswinnaar voor de Vrede in 1975. Die Sacharov schreef in dat artikel over de zogenaamde baryogenese. Dat is het verschijnsel dat zich tijdens de Big Bang, de oerknal waarmee het heelal ontstond, voordeed en waarbij er meer materie ontstond dan antimaterie. Het woord ‘baryogenese’ komt van het ontstaan (genesis, ja ja heel goed) van baryonen. Baryonen zijn een klasse elementaire deeltjes, die bestaan uit drie quarks. Protonen en neutronen zijn voorbeelden van baryonen. De meeste gewone materie zoals wij die kennen bestaat uit protonen en neutronen, dus uit baryonen. Antimaterie, daarentegen, bestaat uit antibaryonen. In een zeer vroeg moment tijdens de Big Band moet de baryogenese hebben plaatsgevonden. Maar door één of andere oorzaak moeten er daarbij veel meer baryonen dan antibaryonen zijn ontstaan. En da’s vreemd, baryonen met op- en neerquark want volgens de natuurkundige wetten moet er bij de creatie en vernietiging van deeltjes altijd sprake zijn van symmetrie, dus van evenwicht in de hoeveelheid deeltjes en antideeltjes. Tenminste, dat was de gedachte tot 1967. Maar toen kwam Sacharov zoals gezegd met dat artikel en daarin?betoogde hij dat er in sommige situaties er een schending van de symmetrie kan plaatsvinden. Het gaat daarbij met name om de zogenaamde CP-symmetrie is de symmetrie onder zowel een lading (Charge)- als Pariteit-transformatie. Eerder al was door experimenten aangetoond dat in de zwakke wisselwerking, één van de vier natuurkrachten tussen elementaire deeltjes, de CP-symmetrie niet behouden blijft. Maar de uitkomst van die schending is in ieder geval niet de productie van meer baryonen dan antibaryonen. Dat kan de waargenomen scheve verhouding tussen materie en antimaterie in het heelal dus niet verklaren. Volgens Sacharov moest er dus meer aan de hand zijn. Hij kwam daarom met een drietal condities die van toepassing moesten zijn tijdens de oerknal om tot baryogenese te komen:

  • schending van B-symmetrie: het netto baryonnummer B (het aantal baryonen in het heelal minus het aantal antibaryonen) moet worden geschonden.
  • schending van de CP-symmetrie: zoals ik hierboven zei was die al eerder aangetoond (in 1964 meen ik uit m’n hoofd).
  • geen thermisch evenwicht, d.w.z. dat er grote veranderingen moesten plaatsvinden in de temperatuur.

Als deze drie condities plaatsvinden dan kan er een overschot ontstaan van baryonen boven antibaryonen, aldus Sacharov. Later is men gaan spreken van het zogenaamde sphaleron-proces, waarbij er verschillende hoeveelheden materie en antimaterie ontstaan. Het is niet alleen van toepassing op baryonen, maar bijvoorbeeld ook op leptonen. Da’s weer een andere klasse van deeltjes en electronen zijn het bekendste voorbeeld daarvan. Ook daarvan weet men uit waarnemingen dat er veel meer leptonen dan antileptonen in het heelal zijn. Maar de preciese details waarom in dat sphaleron-proces meer materie dan antimaterie ontstaat zijn nog steeds niet bekend. Daarom kwamen eind 2006 enkele natuurkundigen met een nieuwe theorie: de donkere materie zou een belangrijke rol spelen in de baryogenese. De donkere materie is een onderwerp dat de laatste jaren erg in de belangstelling staat (ik heb daar in diverse astroblogs over geschreven) en samen met?de al even mysterieuze donkere energie is het niet bekend wat het precies is. Het is ook nog geen onderdeel van het standaardmodel van de elementaire deeltjes, welke eind jaren zestig is opgesteld en die een preciese beschrijving geeft van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen. Van het standaardmodel zijn inmiddels ook uitgebreidde versies verschenen, om ook de ontdekte exotische deeltjes van de laatste jaren te verklaren en één zo’n variant is het zogenaamde Pentagon-model.

In dat pentagon-model wordt gewerkt met zogenaamde pentaquarks, d.w.z. groepjes van niet drie quarks (zoals baryonen) maar vijf quarks. Penta betekent vijf, vandaar de naam. Afijn, wanneer dat model wordt toegepast op het vroege heelal en het wordt gecombineerd met het sphaleron-proces dan zou er baryogenese optreden,? precies volgens het boekje. Nou ja, de astrobloggers begrijpen dat het allemaal een erg ingewikkeld verhaal is (waarbij tussen twee haakjes de Higgs bosonen ook nog een rol spelen) en dat ik hier nog uren over door kan gaan, maar?dat ik nou naar een vergadering van de medezeggenschapsraad van de school van m’n dochters moet. De plicht roept. Nog één laatste ding: Een artikel over dit alles is november 2006 (OK, al weer een tijdje geleden, ik geef het toe) verschenen in het vakblad Journal of High Energy Physics van de natuurkundigen Tom Banks, Sean Echols en Jeff L. Jones. En dat artikel is voor de liefhebbers hier?te lezen. Veel plezier d’r mee 🙂 . Bron: PhysOrg.com.

References

References
1 22 januari 2007 dus

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: