Standaard Model en Relativiteitstheorie bevestigd – tsjonge wat een verrassing

Twee berichten uit de natuurkundehoek van afgelopen week: ten eerste dat het Standaard Model van de deeltjesfysica via experimenten is bevestigd en ten tweede dat Einstein’s Relativiteitstheorie hetzelfde heuglijke feit heeft mogen ondergaan. Goed nieuws natuurlijk, maar niet zo verrassend eigenlijk – het zou pas een verrassing zijn als afwijkingen zouden worden geconstateerd. Hier een korte toelichting op de twee nieuwsfeiten.

Het verval van het Bs meson

Credit: CERN/LHCb and CMS Collaborations

Met de twee grote LHCb- en CMS-detectoren verbonden aan ’s werelds grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider (LHC) van CERN bij Genéve, heeft men het vervalt bestudeerd van het zogenaamde Bs meson, een deeltje dat bestaat uit twee quarks, een bottom quark en vreemd antiquark (of andersom, een anti bottom en een vreemd quark). Ronald Kotulak, journalist bij de Chicago Tribune, noemde dat Bs meson ooit “bizar” en verklaarde dat het “de deur kan openen naar een nieuw tijdperk van natuurkunde” vanwege z’n bewezen interacties met de “spookachtige wereld van antimaterie”. Ze leven maar een fractie van een seconde en meestal vallen ze uiteen in D mesonen. Uit de experimenten is nu naar voren gekomen dat in hééél uitzonderlijke gevallen het Bs meson uiteen valt in een tweetal muonen – de zware varianten van de electronen – en wel in een negatief geladen muon (μ¯) en een positief geladen muon (μ+).

In drie op de miljard keren dat een Bs meson uiteen valt blijkt een μ¯μ+ paar te ontstaan, hierboven de resultaten van LHCb en CMS met de foutenmarges. En wat voorspelt het Standaard Model: in 3,52 op de miljard gevallen, de groene balk. Nou, dat zit er niet ver naast toch? Kortom, een keurige bevestiging van het Standaard Model.

Einstein’s limiet van de lichtsnelheid

Credit: Andreas Gerhardus

Hoeksteen van Einstein’s Speciale Relativiteitstheorie (SRT,1905) is de limiet van de lichtsnelheid c: die snelheid is niet alleen constant, het is ook de hoogst haalbare snelheid. En da’s nu – voor de zoveelste keer – bevestigd door een experiment uitgevoerd door Dmitry Budker, Nathan Leefer en Michael Hohensee (University of California, Berkeley, zie de afbeelding hieronder).Zij keken daarbij naar het verspringen van elektronen van de ene baan naar de andere in dysprosium (Dy), een element met atoomnummer 66. In theorie zou een elektron met maximaal de lichtsnelheid moeten verspringen en dat bleek in alle richtingen met een nauwkeurigheid van 17 nanometers per seconde ook te gebeuren, een meting die tien keer beter was dan eerdere metingen aan de snelheid van elektronen. Door twee isotopen van dysprosium als klok te hanteren kon het drietal ook nog eens de Algemene Relativiteitstheorie (ART, 1915) van Einstein verifiëren. De klok bleek geen verandering te ondergaan, ook al varieerde de afstand van de aarde tot de zon door z’n ietwat elliptische baan om de zon, precies wat de ART voorspelde. En da’s ook al geen verrassing. Bron: A quantum diaries survivor + Science Daily.

Noord-Italië opgeschrikt door krachtige tornado – schade is groot

Okee, weer even een uitstapje naar een andere passie van me: meteorologie. Het noorden van Italië is eergisteren opgeschrikt door een keten van heftige supercel-onweersbuien. De zeer instabiele lucht heeft tot meerdere tornado’s geleid, waarvan de zwaarste windsnelheden van 210 km/u wist te bereiken. Deze tornado van de klasse F3 heeft flinke schade veroorzaakt in de omgeving van Milaan. Onderstaande video is een compilatie van filmpjes die geschoten zijn door mobiele telefoons:

De meest spectaculaire video van de tornado kan ik op YouTube niet vinden. Gelukkig staat-ie op de site van RTL 🙂 Ik kan ‘m helaas niet embedden, dus ff klikkie doen 😉

Sterrenstelsels in kosmische leegte houden van gezelschap

Credit: Steven Rieder en Rien van de Weygaert

Okee, nu een stukje hardcore-kosmologie met een (flink) Nederlands tintje. Leegtes in de groteschaalstructuur bevatten afgezonderde sterrenstelsels, die ook wel kluizenaarsstelsels worden genoemd. Gegroepeerde kluizenaarsstelsels zijn vrijwel tegelijkertijd in elkaars nabijheid ontstaan. Dit blijkt uit onderzoek onder leiding van Steven Rieder en Rien van de Weygaert. Hiermee is volgens een nieuwe methode bewijs geleverd voor de theorie die de evolutie van voids en de groteschaalstructuur beschrijft.

Op grote schaal is de materiestructuur in het heelal vergelijkbaar met een spons; sterrenstelsels klonteren samen en bevinden zich op de randen van zogeheten leegtes of “voids”. Voids zijn lege holten tussen dichte clusters, afgeplatte wanden en uitgerekte filamenten. De holten blijken niet helemaal leeg te zijn; ze kunnen afgezonderde melkwegstelsels bevatten. In het onderzoek zijn waarnemingen aan dergelijke kluizenaarsstelsels in de Void Galaxy Survey (VGS) gecombineerd met de CosmoGrid-simulatie over de evolutie van de donkeremateriestructuur in het heelal.

Credit: Richard Powell/Wikipedia.

In de VGS is onder andere de bewegingen van 60 kluizenaarsstelsels in het nabije heelal onderzocht. Hierbij is het afgezonderde systeem VGS_31 gevonden dat bestaat uit maar liefst drie kluizenaarsstelsels die op één lijn lijken te staan in een filament van donkere materie. Waarnemingen aan VGS_31 wezen erop dat de kluizenaarsstelsels later bij elkaar zijn gekomen. Dit zou impliceren dat de evolutie van voids en de evolutie van de groteschaalstructuur anders verlopen dan algemeen wordt aangenomen.Rieder, die in oktober hoopt te promoveren aan de Universiteit Leiden, heeft met behulp van de CosmoGrid-simulatie onderzocht hoe systemen als VGS_31 kunnen ontstaan. Uit de simulatie blijkt dat kluizenaarsstelsels in dergelijke systemen vrijwel gelijktijdig in elkaars nabijheid zijn ontstaan en niet, zoals normale melkwegstelsels in clusters, later zijn samengekomen. Rieder: “Het is bijzonder om gegroepeerde melkwegstelsels te vinden die zo lang bij elkaar blijven zonder te botsen. Dit blijkt bij kluizenaarssystemen echter meer regelmaat dan uitzondering.”In de CosmoGrid-simulatie is de evolutie van halo’s van donkere materie, waarin melkwegstelsels ontstaan, gesimuleerd. Van de acht systemen die vergelijkbaar zijn met VGS_31 is het aantal interacties dat ze hebben ondergaan en de veranderingen in hun onderlinge afstanden over de afgelopen 10 miljard jaar bekeken. Ook zijn de eigenschappen van hun omgeving onderzocht.

Credit: Steven Rieder en Rien van de Weygaert

Behalve dat de kluizenaarsstelsels nagenoeg gelijktijdig in elkaars nabijheid zijn ontstaan blijkt ook dat systemen als VGS_31 zich bevinden in een dun filament van donkere materie die door een void heen slingert. De gegroepeerde kluizenaarsstelsels blijken vrijwel altijd in een rechte lijn te staan. Dit wordt voorspeld door de theorie over de evolutie van voids en de groteschaalstructuur. “Gelukkig wijst dit onderzoek naar de vorming van VGS_31 uit dat ons begrip hiervan tot op heden klopt”, licht coauteur Rien van de Weygaert (RuG) toe. Kluizenaarsstelsels bieden een unieke mogelijkheid om de evolutie van melkwegstelsels en de groteschaalstructuur te bestuderen. Om een compleet beeld te krijgen zal worden gezocht naar meerdere systemen. “Tot nu toe is alleen VGS_31 bekend. Het wachten is op waarnemingen van vergelijkbare systemen, zodat wij kunnen bepalen of onze voorspellingen op allemaal van toepassing zijn”, aldus Rieder. Bron: Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie.

Hoe kwam dat water in de helm van astronaut Parmitano terecht?

Credits: ESA/NASA

Op dinsdag 16 juli was het flink schrikken voor ESA-astronaut Luca Parmitano, toen hij tijdens zijn tweede ruimtewandeling bemerkte dat zijn helm vol ging lopen met water, iets wat door snel handelen van hem en zijn collegae gelukkig goed afliep. Hij had kunnen verdrinken in de ruimte! Nu – twee weken na het voorval – blikt zijn collega Chris Cassidy terug en legt uit waar het water precies vandaan kwam. Cassidy was degene die ook aan een ruimtewandeling bezig was toen het waterlek in de helm van Parmitano begon.

De precieze oorzaak van het waterlek wordt nog precies onderzocht en daarvoor is vorige week een set met gereedschap door de Progress naar het ISS gebracht. Bron: Universe Today.

Onze kennis van de verre ijsbal Quaoar is behoorlijk veranderd

Credit: NASA and G. Bacon (STScI).

Pluto zou niet moeten klagen. Okee, het is geen planeet meer, maar het is wél de geliefde Koning der Dwergen. Het leven is minder gemakkelijk voor Quaoar, nog zo’n ijsbal voorbij de baan van Neptunus. Begin jaren 2000 stond Quaoar midden in de belangstelling: het was namelijk, na Pluto, het grootste object voorbij Neptunus. Helaas werden steeds grotere objecten ontdekt en werd de diameter van Quaoar (“kwawar”) naar beneden bijgesteld. De ijsdwerg was bijna vergeten – maar niet voor de wetenschap.Wetenschappers hebben namelijk een aantal opmerkelijke zaken ontdekt over Quaoar. De ijsdwerg is genoemd naar een Indiaanse scheppingsgod en staat op een afstand van 6,5 miljard kilometer van de zon. Hierdoor kan het object nauwelijks waargenomen worden door de Hubble-ruimtetelescoop. Desondanks dachten wetenschappers dat Quaoar en z’n maan Weywot opvallend veel gesteente zouden bevatten voor een object uit de Kuipergordel. Qua samenstelling zou er een overeenkomst zijn met de manen van Uranus.

Nieuwe waarnemingen hebben uitgewezen dat Quaoar helemaal niet op de manen van Uranus lijkt. Ook is z’n dichtheid overschat: de ijsdwerg blijkt “gewoon” vooral uit ijs te bestaan en helemaal niet veel gesteente te bevatten. Bovendien blijkt Quaoar een bijzondere vorm te hebben: het object is helemaal niet rond, maar heeft de vorm van een ei! Daarnaast blijkt dat Quaoar geen atmosfeer heeft. Dat lijkt logisch (op die afstand van de zon bevriest zo’n beetje alles), maar is het niet. Andere dwergplaneten, zoals Pluto en Eris, blijken wel degelijk een dun atmosfeertje te hebben. Sterker nog: onze kennis van de chemische processen in de Kuipergordel dicteren zelfs het bestaan van een dun luchtlaagje rondom de grotere objecten! Het blijkt echter dat een zuivere methaanatmosfeer bij Quaoar niet uitgesloten kan worden. Toekomstige waarnemingen moeten uitsluitsel geven. Mocht zelfs geen methaanlaag gevonden worden, dan begrijpen we schijnbaar helemaal niets van de processen in de buitenwijken van het zonnestelsel. Bron: New Scientist.

Hoe de Star Trek Galileo shuttlecraft werd gerestaureerd

Zó zag de shuttlecraft Galileo – bouwjaar 1966 – er in de originele Star Trek serie uit:

Credit: Star Trek

Zó zag ‘ie er uit na de serie:

Credit: Adam Schneider

Oeps, dat ziet er toch niet uit! Dat vond ook super-trekkie Adam Schneider en daarom kocht hij in de zomer van 2012 de Galileo op een veiling voor $ 70.150. Vervolgens ging hij aan de slag om de Galileo te restaureren, met de bedoeling om het opgeknapte vervoermiddel neer te zetten in het Johnson Space Center van de NASA. Hieronder een video over de restauratiepoging van Schneider.

YouTube stikt overigens van de video’s over Galileo, met anno 2013 komisch aandoende beelden van de Star Trek serie, zoals deze video, waarin ook de restauratie naar voren komt. Bron: Space.com.

ESTEC opent deuren voor publiek met open dag op 6 oktober

ESTEC vanuit de lucht. Credit: ESTEC

Voordat ESA’s krachtige communicatiesatellieten en geautomatiseerde vrachtschepen de ruimte in gaan, moeten ze eerst getest worden. Dat gebeurt bij ESTEC, het technologische hart van de Europese ruimtevaart. Zelf kijken? Dat kan tijdens de open dag op zondag 6 oktober in Noordwijk.  Europa is nog nooit zo actief geweest in de ruimtevaart als het nu is. Zo werden de afgelopen weken alleen al talloze bijzondere missies uitgevoerd. Eind mei vloog ESA-astronaut Luca Parmitano naar het internationale ruimtestation ISS, om een paar weken daarna gevolgd te worden door het vierde automatische ruimtevrachtschip van ESA, ATV 4.

ATV-4, klaar voor de lancering. Credit: ESTEC

In de tussentijd stuurde ook de in mei gelanceerde satelliet Proba-V zijn eerste vegetatiekaarten terug naar de aarde. Daarnaast zal ook de Gaia-satelliet binnenkort beginnen met het in kaart brengen van miljarden sterren in ons universum en wordt de Alphasat-telecomsatelliet voorbereid voor lancering. Later dit jaar zullen ook de volgende navigatiesatellieten in het kader van het Galileo-project richting de ruimte vliegen. Al deze ESA-projecten hebben één ding gemeen: ze worden voorbereid bij het European Space Research and Technology Centre (ESTEC). Het is het technologische hart van ESA en bevindt zich tussen de zandduinen van ons eigen Noordwijk.

Kinderen lanceerden hun eigen raketten op de open dag van vorig jaar. Credit: ESTEC

Al meer dan een halve eeuw is ESTEC de plek waar het grootste deel van de ESA-projecten wordt geboren en ontwikkeld. Daarnaast worden er ook talloze voertuigen die bestemd zijn voor een vlucht naar de ruimte getest. Wie altijd al eens een kijkje in de keuken van de Europese ruimtevaart heeft willen nemen, komt op zondag 6 oktober naar ESTEC. In het kader van die dag opent het testcentrum van ESA zijn deuren voor het grote publiek, in het kader van het nationale Weekend van de Wetenschap. De open dag is dé kans om ESA-astronauten te ontmoeten, te praten met ruimtewetenschappers, de gespecialiseerde laboratoria van ESTEC van binnen te zien, satellieten te bekijken en voorwerpen aan te raken die écht in de ruimte geweest zijn. Meer details over de open dag van ESTEC volgen later deze zomer. Wie zeker wil zijn van toegang tot de open dag registreert zich nu al via de speciaal daarvoor in het leven geroepen registratiepagina. Toegang tot de open dag van ESTEC is helemaal gratis. Bron: ESA.

Planetoïde vernoemd naar Nederlandse sterrenkundevoorlichter Marieke Baan

Planetoïde 12631 is sinds deze week vernoemd naar Marieke Baan, de Nederlandse sterrenkundevoorlichter die werkzaam is bij NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie. Planetoïde (12631) Mariekebaan – alias 1997 FP2 alias 3051 T-1 alias T/3051 T-1 – werd op 26 maart 1971 ontdekt door de Amerikaan Tom Gehrels en het Nederlandse astronomen-echtpaar Ingrid van Houten-Groeneveld en Kees van Houten, het trio dat in de jaren vijftig, zestig en zeventig zo’n 5000 planetoïden heeft ontdekt. Hieronder een schets van de baan van planetoïde Mariekebaan, waarop te zien is dat de pakweg 7,5 km grote steenklomp zich bevindt in de grote planetoïdengordel tussen de banen van Mars en Jupiter.

Credit: NASA

De ontdekker van een planetoïde mag iets of iemand voordragen naar wie of wat de ruimtesteen uiteindelijk wordt vernoemd. Kees van Houten leeft niet meer, maar het was de inmiddels 91-jarige Ingrid van Houten-Groeneveld die heeft voorgesteld om de planetoïde naar Marieke Baan te vernoemen. Die vindt het een hele eer, zoals ze op Twitter liet weten:

Planetoïde Mariekebaan is de 335ste planetoïde met een Nederlandse naam. Andere Nederlandse planetoïden: Juliana (naar koningin Juliana), Anne Frank, Utrecht, van Gogh (naar Vincent van Gogh) en VOC. Marieke, namens de Astroblogs van harte gefeliciteerd met deze vernoeming! Je vroeg nog of er een astrofotograaf is die de planetoïde zou kunnen fotograferen, ik ga eens kijken bij het bataljon astrofotografen op de Astroblogs of die geen poging willen wagen dat stuk ruimtesteen in beeld te brengen! Momenteel is ‘ie van +17m, dus dat moet voor hen geen probleem zijn. 😀 Hier vind je meer info over de planetoïde: MPC en NASA/JPL. Bron: Volkskrant.

Revolutie in communicatie met ruimtesondes op komst

Het optical ground station van ESA op Tenerife. Credit: IQOQI Vienna, Austrian Academy of Sciences

Communicatie met ruimtesondes vindt meestal plaats via tergend langzame dataverbindingen, waarbij gebruik wordt gemaakt van radiogolven. Maar waarom zou je geen gebruik maken van laserpulsen? Hiermee kunnen veel meer gegevens verzonden worden en bovendien kan dit gedaan worden door gebruik te maken van bestaande glasvezeltechnieken. Gelukkig dacht de Europese ruimtevaartorganisatie ESA dit ook.

De eerste demonstratie van de nieuwe datalink-technologie zal in oktober plaatsvinden, als de Amerikaanse maansonde LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) gelanceerd zal worden. Deze sonde is de allereerste dat is uitgerust met een apparaat dat lasersignalen kan verzenden en ontvangen. Deze zal gekoppeld worden met het nieuwe Optical Ground Station van ESA en twee Amerikaanse grondterminals.

Het communiceren met laserstralen op nabij-infrarode golflengten wordt zowel door ESA als NASA gezien als noodzakelijke technologie voor toekomstige ruimtereizen. De benodigde terminals zijn lichter, kleiner en goedkoper dan de radiosystemen van vandaag de dag. Bovendien zijn datasnelheden mogelijk die vele malen hoger zijn. Als de eerste testen succesvol zijn, dan zal de technologie in 2014 al standaard ingebouwd kunnen worden in nieuwe ruimtesondes.

Bron: Phys.org

Piepjonge pulsar waargenomen door Chandra

Credits: X-ray: NASA/CXC/STScI/K.Long et al., Optical: NASA/STScI

Meer dan vijftig jaar geleden werd een supernova waargenomen in Messier 83, een spiraalstelsel op een afstand van 15 miljoen lichtjaar. Astronomen hebben nu gebruik gemaakt van de Chandra-ruimtetelescoop om voor het eerst röntgenstraling te detecteren dat afkomstig is van de supernova. De supernova staat bekend als SN 1957D – het is namelijk de vierde supernova die is waargenomen in 1957. De supernova behoort tot de weinige buiten de Melkweg die op meerdere golflengten geobserveerd kan worden, decennia nadat de ontploffing is waargenomen. Zo heeft men het restant van de ontploffing in 1981 waargenomen op radiogolflengten en in 1987 in zichtbaar licht, decennia nadat het licht van de eigenlijke ontploffing was uitgedoofd.In 2000 en 2001 heeft Chandra geprobeerd het supernovarestant te observeren in röntgengolflengten, maar dit heeft niet tot resultaat geleidt. Nu heeft men nog een poging gedaan en dit keer heeft men het anders aangepakt. Het resultaat is de diepste röntgenwaarneming dat ooit is verricht in een spiraalstelsel buiten het onze. Deze volledige blik op het M83 bestaat uit röntgenstraling met een lage, middelmatige en hoge energie – respectievelijk rood, groen en blauw op de foto. De waarnemingen suggereren sterk dat zich in het centrum van het supernovarestant een pulsar moet bevinden, een snel roterende neutronenster. Als dat inderdaad het geval is, dan is deze pulsar slechts 55 jaar oud – verreweg het jongste exemplaar dat ooit is waargenomen. Bron: NASA.