30 juli 2021

Natuurconstante ook constant in een sterk zwaartekrachtsveld

Foto van de laseropstelling waarmee de laboratoriumspectra zijn gemeten.
Credit: LaserLaB Vrije Universiteit Amsterdam/Wim Ubachs

Een internationaal team van natuurkundigen heeft aangetoond, dat de massaverhouding tussen het proton en het elektron hetzelfde is in zwakke en in sterke zwaartekrachtsvelden. Hun werk, dat deels gefinancierd is door Stichting FOM, verscheen op 18 september 2014 online in Physical Review Letters. Het idee dat de natuurwetten en fundamentele natuurconstanten niet afhangen van lokale omstandigheden staat bekend als het equivalentieprincipe. Dit principe is de hoeksteen van Einsteins algemene relativiteitstheorie. FOM-fysici, werkzaam bij het LaserLaB op de Vrije Universiteit Amsterdam, hebben het principe getest door te bepalen of een van de natuurconstanten, de massaverhouding tussen protonen en elektronen, afhangt van de sterkte van het zwaartekrachtsveld waarin de deeltjes zich bevinden.

Laboratoria op aarde en in de ruimte

De onderzoekers vergeleken de proton-elektron-massaverhouding nabij het oppervlak van witte dwergen met de massaverhouding in een laboratorium op aarde. Witte dwergen zijn sterren in een laat stadium van hun levenscyclus, die geïmplodeerd zijn tot één procent van hun oorspronkelijke afmeting. Het zwaartekrachtsveld op het oppervlak van deze sterren is daarom zo’n 10.000 keer sterker dan dat op aarde. De fysici concludeerden dat zelfs in deze sterke velden de proton-elektron-massaverhouding hetzelfde is, binnen een marge van 0,005 procent. In beide gevallen is het proton 1836.152672 maal zo zwaar als het elektron.

Absorptiespectra

De Nederlandse fysici werkten samen met sterrenkundigen van de University of Leicester, de University of Cambridge en de Swinburne University of Technology in Melbourne. Het team analyseerde absorptiespectra van waterstofmoleculen in de fotosfeer van de witte dwergsterren (de fotosfeer is een buitenste sterlaag die licht uitzendt), waarvan je een voorbeeld hieronder ziet.

Het spectrum van de witte dwerg G29-38. Credit: NASA/JPL-Caltech/M. Kuchner (GSFC).

De onderzoekers vergeleken deze astronomische spectra met spectra die zij in het LaserLaB hadden gemeten met behulp van een laseropstelling. Absorptiespectra geven aan welke stralingsfrequenties een deeltje absorbeert. Een kleine afwijking van de proton-elektron-massaverhouding zou de structuur van een molecuul veranderen en daarmee ook zijn absorptiespectrum. Een vergelijking van de spectra leert echter dat de waarde van de proton-elektron-massaverhouding onafhankelijk is van het zwaartekrachtsveld.

Rock-solid

FOM-promovendus Julija Bagdonaite: “We hebben eerder bevestigd dat deze natuurconstante constant is in de tijd, met metingen van de Very Large Telescope in Chili. Nu hebben we de Hubble ruimtetelescoop gebruikt om zijn constantheid te beproeven in verschillende zwaartekrachtsvelden. Steeds vinden we de bevestiging: natuurconstanten zijn rock-solid.” Bron: FOM.

Laat wat van je horen

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

%d bloggers liken dit: