21 augustus 2019

Over neutrino’s, imaginaire massa en sneller-dan-het-licht-deeltjes

De Sudbury Neutrino Detector. Credit: A. B. McDonald (Queen’s University) et al.

Neutrino’s zijn de laatste week in het nieuws, nou ja dat wil zeggen alleen de elektron-neutrino’s (eν), niet de andere twee generaties (muon- (μ) en tau-neutrino(τ)). Het begon met de publicatie van dit artikel van de gepensioneerde natuurkundige Robert Ehrlich (George Mason University) – te publiceren in het vakblad Astroparticle Physics – die beweert dat neutrino’s een imaginaire massa hebben én dat ze sneller gaan dan het licht. Hij baseert zich daarbij niet op snelheidsmetingen van het neutrino, zoals ze in 2011 tevergeefs met het Italiaanse OPERA-experiment hebben geprobeerd, maar op schattingen van de massa ervan. Op grond van maar liefst zes waarnemingen, door anderen gedaan, komt Ehrlich tot de conclusie dat het elektron-neutrino een massa heeft van

m² = -0,11 ± 0,016 eV²

Da’s een imaginaire massa, dat wil zeggen dat het kwadraat van z’n massa een negatief getal is. Bij gewone getallen is het kwadraat ervan altijd positief, maar het kwadraat van imaginaire getallen is altijd negatief. Het idee van deeltjes met een imaginaire massa komt uit de relativiteitstheorie. Die schetst dat niets met een gewone massa versneld kan worden tot de lichtsnelheid, daar is een oneindige hoeveelheid massaenergie voor nodig. In theorie zouden er echter ook deeltjes kunnen bestaan die sneller gaan dan het licht, de zogeheten tachyonen. Die hebben de eigenaardigheid dat ze steeds sneller gaan als ze massa verliezen en dat ze terug reizen in de tijd. Tachyonen zouden nooit langzamer dan de lichtsnelheid of gelijk aan de lichtsnelheid kunnen gaan.

Een voorbeeld van gravitatielenzen bij de cluster Abell 2218. Onder andere op grond van waarnemingen aan deze gravitatielenzen komt Ehrlicht tot de conclusie dat elektron-neutrino’s een imaginaire massa hebben en sneller gaan dan het licht.

Zoals gezegd komt Ehrlich op grond van zes waarnemingen1 tot de conclusie dat elektron-neutrino’s een imaginaire massa hebben en dáárom sneller gaan dan het licht. Tegen die claim valt echter behoorlijk wat in te brengen – big claims need big proofs, zei Michael Turner een half jaartje geleden nog tegen mij – want de claim in Ehrlich’s artikel mist die noodzakelijke bewijzen. Zo wil het hebben van een imaginaire massa niet automatisch zeggen dat je sneller gaat dan het licht. De Speciale Relativiteitstheorie staat dan wel toe dat in de veldvergelijkingen gewerkt wordt met imaginaire massa, maar het deeltje van het zogeheten tachyonveld – da’s het kwantumveld met een imaginaire massa – zou langzamer gaan dan de lichtsnelheid. Het beroemdste voorbeeld van een tachyonveld is het Higgs boson: in zijn niet-gecondenseerde fase heeft deze een imaginaire massa, pas als door het Higgs mechanisme het Higgs boson ontstaat krijgt deze een ‘gewone’ massa van 126 GeV. En alle experimenten laten het zien: hij gaat langzamer dan de lichtsnelheid.

Doordat een tachyon sneller gaat dan het licht, zouden we het niet kunnen zien naderen. Nadat het ons gepasseerd was, zouden we er twee beelden van zien: één in de richting waarheen het vliegt (links) en het andere in de richting waaruit het gekomen is (rechts). Beide beelden zouden zich van ons af bewegen. Het beeld van het wegvliegende deeltje (links) zou als gevolg van het dopplereffect een roodverschuiving te zien geven, het beeld van het naderende deeltje een blauwverschuiving. De zwarte lijn is een momentopname van de schokgolf van Tsjerenkovstraling (bron: Bron: Wikipedia).

Verder zijn de waarnemingen waarop Ehrlich zich baseert ook uit te leggen als aanwijzing dat neutrino’s juist een kleine, maar positieve massa hebben, zoals het dubbele betaverval-experiment. Tenslotte is het vreemd dat Ehrlich alleen over de massa van het elektron-neutrino praat en niet over de massa van de twee andere generaties.

Neutrino’s oscilleren voortdurend van de ene in de andere generatie.

Onderzoek aan de drie generaties, die continue van de ene in de andere generatie kunnen oscilleren, laat zien dat die verschillende generaties ondefinieerbare massa’s hebben: het onzekerheidsprincipe komt hier om de hoek kijken en dat betekent dat je van een neutrino z’n generatie weet (elektron,- muon- of tau-neutrino) of z’n massa, maar niet beiden tegelijk. De metingen die gedaan zijn kunnen dus ook betrekking hebben op één van de andere generaties neutrino’s. Kortom, Ehrlich lijkt met betere bewijzen te moeten komen voor zijn claim dat het elektron-neutrino sneller gaat dan het licht ómdat het een imaginaire massa zou hebben. :bron: Bron: Phys.org + Koberlein + Jean Paul Keulen/Kijk.

  1. onder andere gedaan aan de temperatuursfluctuaties in de kosmische achtergrondstraling, de gravitatielenzen door clusters van sterrenstelsels en kosmische straling. []

Reacties

  1. Enceladus Enceladus zegt

    Maar de hamvraag is: wordt Schrödingers kat hier nou blij van en verklaart dit waarom katten zeven levens hebben?

    😉

    groet,
    Gert (Enceladus)

  2. Misschien dat er wel imaginaire katten rondlopen. Mmmmm, doet mij een tikkeltje aan Alice in Wonderland denken. 🙂

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: