Wat leren we in Wenen over de stabiliteit van het heelal?

In de kwantum-mechanica wordt sterk rekening gehouden met de mogelijkheid dat ons heelal metastabiel is, dat wil zeggen dat het vacuüm niet stabiel in z’n grondstaat zit – z’n echte vacuüm – maar in een lokaal minimum, een staat met een iets hogere energie dan de grondstaat (zie afbeelding hierboven). In die toestand van metastabiliteit zou het heelal al snel na de oerknal terecht zijn gekomen. Er zijn drie staten waarin vacuüm zich kan bevinden, namelijk stabiel, metastabiel en instabiel – lees Olaf van Kooten z’n blog over meer achtergrondinfo. Belangrijk in dit verband is dat het Standaard Model van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen de mogelijkheid biedt om uit te rekenen hoe stabiel het vacuüm in het heelal is (of dat valse vacuüm permanent is of ooit ophoudt) en dat kan berekend worden aan de hand van twee massa’s, namelijk dat van het top quark en van het Higgs boson. En da’s precies het probleem: de massa van één van deze twee deeltjes is nog niet precies bekend. Je zou denken dat dat het in 2012 ontdekte Higgs boson is, maar verrassend genoeg is dat onjuist, het is het in 1977 ontdekte top quark waarvan de massa nog onzeker is ^[1]correctie: ook over de massa van het Higgs boson is nog niet helemaal zekerheid, maar die is minder groot dan van het top quark.. In Wenen is momenteel de EPS-HEP 2015 bezig, de grote European Physical Society Conference on High Energy Physics, die tot en met woensdag zal duren. Daar werd deze afbeelding getoond van de massa van top quark en Higgs boson.

Je ziet dat er tussen de massa van het top quark nog behoorlijk verschil zit tussen de waarnemingen van de Amerikaanse Tevatron deeltjesversneller en de CMS detector van de Large Hadron Collider. De CMS-gegevens dateren nog van Run 1 van de LHC, op de EPS-HEP werd nog weinig getoond van Run 2, die nu gaande is. Je ziet dat het aangegeven gebied grotendeels in het metastabiele gedeelte zit, maar een klein stukje op de grens van stabiel en metastabiel. Met name dat laatste is ’tricky’, zo’n overgang naar een stabiele grondstaat wil je niet meemaken – een heelal waarin plotseling hier en daar groeiende bellen ontstaan met daarin echt vacuüm zouden het einde van het ons bekende heelal betekenen. Verder onderzoek aan de massa’s van top quark en Higgs boson geeft hopelijk uitsluitsel over de zaak. Ter afsluiting nog een video, met daarin een simulatie van zo’n groeiende bel, waarmee het vals vacuüm zou vervallen in een echt vacuüm.

Bron: Francis Naukas.