6 maart 2021

Massaverhouding tussen protonen en elektronen al 7,5 miljard jaar constant

FON onderzoekers op bezoek bij ALMA

FOM onderzoekers op bezoek bij ALMA. Credit: FOM.

Een onderzoeksteam onder leiding van de Nederlandse Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) heeft opnieuw bewezen dat de massaverhouding tussen elektronen en protonen de afgelopen 7,5 miljard jaar gelijk is gebleven. De groep heeft hiertoe een groot aantal metingen verricht, die het resultaat van eerdere onderzoeken lijkt te bevestigen.

De massa van een proton is 1836,152672 keer zo groot als de massa van een elektron. Die verhouding, en daarmee de structuur van alle moleculaire materie, is 7,5 miljard jaar lang precies hetzelfde geweest – althans binnen een marge van een honderdduizendste procent. Dat concludeerden natuurkundigen van het FOM toen zij vorig jaar met de Effelsberg-radiotelescoop naar methanolmoleculen buiten het Melkwegstelsel keken.

Methanol (CH3OH, de eenvoudigste vorm van alcohol) is gevoelig voor veranderingen in de proton-elektron-massaverhouding. Een kleine afwijking zou de structuur van het molecuul, en het bijhorende absorptiespectrum, duidelijk beïnvloeden. Een absorptiespectrum laat precies zien welke stralingsfrequenties door een deeltje worden geabsorbeerd. Elk molecuul heeft zijn eigen typerende spectrum. Het spectrum van methanol bleek bij uitstek geschikt om de natuurconstante te analyseren: als de proton-elektron-massaverhouding verandert, zullen sommige lijnen in het methanolspectrum sterk verschuiven terwijl anderen hetzelfde blijven (de zogeheten ankerlijnen).De onderzoekers analyseerden vorig jaar het spectrum van methanolmoleculen in een ander sterrenstelsel. Omdat de moleculen zo ver weg staan, duurt het lang voordat hun straling de aarde bereikt. Daarom keken de onderzoekers in feite terug in de tijd, naar hoe methanol er 7,5 miljard jaar geleden uitzag. Zij zagen dat het ‘oude methanol’ een vergelijkbaar spectrum heeft met modern methanol.

methanol

De moleculaire structuur van methanol is bijzonder gevolg voor veranderingen in de massaverhouding tussen protonen en elektronen. Credit: FOM

De onderzoekers hebben nu aanvullende metingen gedaan met de Effelsberg-radiotelescoop (Duitsland), de Iram-30-telescoop (Granada, Spanje) en het nieuwe Alma-observatorium in de Andes, op de Chileens-Boliviaanse grens. Omdat waterdamp in de atmosfeer de metingen bij hoge frequenties verstoort, moesten de onderzoekers naar deze hoge en droge gebieden uitwijken. Terwijl de metingen in Duitsland beperkt bleven tot radiofrequenties tot 35 gigahertz, nam de Iram-radiotelescoop absorptielijnen waar bij 83 GHz en 160 GHz. Het Alma-observatorium, zo’n vijf kilometer boven zeeniveau gelegen in de droge Atacama-woestijn, kon zelfs een absorptielijn bij 261 GHz meten.Tijdens het nieuwe onderzoek ontdekten de fysici ook dat de richting van de straling afkomstig uit de radiobron, die geabsorbeerd wordt door het methanol, veranderingen ondergaat. Ook bleek de temperatuurverdeling van de gaswolk waarin de methanol zich bevindt een effect te hebben op de absorptie. Nu de onderzoekers dankzij de nieuwe metingen voldoende spectrumlijnen zagen, wisten ze bovenstaande effecten uit de resultaten te filteren.Op basis van tien waargenomen absorptielijnen konden de onderzoekers een verbeterde statistische analyse maken. Alle metingen bevestigen dat de proton-elektron-massaverhouding inderdaad constant bleef.Het onderzoek is uitgevoerd door FOM-werkgroepleider prof.dr. Wim Ubachs en FOM-oio’s Julija Bagdonaite en Mario Dapra (allen VU), in samenwerking met collega’s van de VU, het Max Planck Instituut te Bonn en het Onnsala observatorium in Zweden. Het volledige onderzoek kan hier teruggelezen worden. Bron: Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie

Speak Your Mind

*

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