28 mei 2024

IceCube stelt nieuwe limieten aan hoeveelheid magnetische monopolen in het heelal

De bovenzijde van de IceCube detector op de Zuidpool. Credit: IceCube/NSF

Magnetische monopolen zijn hypothetische elementaire deeltjes die één magnetische pool (een monopool) bevatten – slechts een noord- of een zuidpool, niet allebei, afkomstig uit de allervroegste periode van het heelal. In diverse natuurkundige theorieën worden ze voorspeld als een soort topologisch defect, maar ze zijn nooit waargenomen. Door de inflatie in het allereerste begin van de oerknal zou de dichtheid aan monopolen enorm zijn afgenomen en daardoor zijn ze nooit ontdekt, zo redeneerde Allan Guth, de bedenker van de inflatietheorie. Maar toch zouden er nog altijd monopolen kunnen voorkomen in het heelal als fossiele overblijfselen van de oerknal.

Als een magnetische monopool de IceCube detector door vliegt zou dat afwijkend in eigenschappen moeten zijn van andere deeltjes die er doorheen vliegen. Credit: Abbasi et al. (IceCube Collaboration)

Deeltjesdetectoren zoals de IceCube detector, die begraven is in één kubieke kilometer op de Zuidpool, kunnen gebruikt worden om exotische deeltjes zoals zo’n monopool op te sporen. Als er eentje langs de gevoelige sensoren van de detector vliegt zou dat kunnen leiden tot een ’trigger’ waarbij zo’n sensor afgaat en meldt dat er ‘iets’ langs is gevlogen, iets wat ze het Tsjerenkov-effect noemen. Een groep onderzoekers waaronder Carlos Perez de los Heros heeft de gegevens van IceCube, gedurende acht jaar verzameld, doorgevlooid op zoek naar signalen van passerende magnetische monopolen, die daar met een snelheid tussen de 0,75 en 0,995 van de lichtsnelheid doorheen vliegen. Het resultaat was nul komma niks, géén monopolen gezien – geen verrassing zou je zeggen. Maar zoals eerder betoogt op de Astroblogs is ook een null-resultaat een resultaat, want dat levert limieten op, in dit geval van hoeveel magnetische monoplen er dan zijn, indien ze daadwerkelijk bestaan.

Een nagebootste passage van een monopool door IceCube met de ’triggers’ van de sensoren die reageren. Credit: Abbasi et al. (IceCube Collaboration)

In die acht jaar van waarnemingen hebben de sensoren in IceCube welgeteld 630 miljard (!) ‘events’ geregistreerd, waarbij één van de sensoren liet weten dat iets gepasseerd was. Analyse van die bulk aan gegevens heeft de volgende limiet opgeleverd voor de hoeveelheid magnetische monopolen in het heelal: dat zijn er maximaal ongeveer 2×10^-19 per cm^2 seconde en steradiaal, oftewel 0,1 magnetische monopool in een volume ter grootte van de aarde op welk moment dan ook. Zou de hoeveelheid groter zijn dán zou IceCube dat moeten hebben gemerkt. Hier het vakartikel over de speurtocht naar monopolen, verschenen in Physical Review Letters (2022). Bron: Phys.org.

Share

Comments

  1. Ik begrijp dat de inflatietheorie van Alan Guth gebaseerd is op het bestaan van monopolen, die bedacht zijn door Pierre Curie. Als we ze niet vinden, dan houdt die theorie van Guth dus ook geen stand….oeps. Ofwel, ze zullen uiteindelijk linksom of rechtsom gevonden moeten worden.

    • Inflatietheorie is niet gebaseerd op het bestaan van magnetische monopolen. Het biedt juist een mogelijke verklaring voor het gegeven dat ze (nog) niet gevonden zijn. Zoals ook geldt voor andere kosmologische topologische defecten zoals cosmic strings en domain walls.

      Worden ze wel gevonden, dan is dat trouwens geen ontkrachting van inflatietheorie.

      • @Spook, citaat: “Het was bij het onderzoek naar het monopoolprobleem, dat inhoudt dat er volgens de gangbare oerknaltheorieën veel te veel magnetische monopolen gevormd zouden moeten worden, dat Alan Guth het idee van de kosmische inflatie ontwikkelde.” bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Magnetische_monopool . “Worden ze wel gevonden. dan is dat een bevestiging van de inflatietheorie”, dus zouden ze gevonden moeten worden. Worden ze NIET gevonden dan is dat trouwens geen ontkrachting van de inflatie theorie, “want ook een null resultaat is een resultaat”. Eens?

        • Om met het eind te beginnen: “(…) want ook een null resultaat is een resultaat. Eens?”
          Ja.

          De rest is me alleen niet helemaal duidelijk. Sorry als ik het verkeerd interpreteer.
          Je citeert eerst de wiki, en daarna lijkt het of je weer citeert:

          “Worden ze wel gevonden. dan is dat een bevestiging van de inflatietheorie”
          Dat citaat vind ik niet terug op de wiki, in mijn tekst, of in het blog. Dat verwart me. Het is daarbij onjuist: inflatietheorie wordt niet bevestigd of ontkracht bij het wel of niet bestaan van monopolen. Worden er genoeg monopolen gevonden, dan gaat dat wel invloed hebben op de modellen van inflatie: sommige ervan zullen ontkracht worden, sommige zullen sterker komen te staan. Gelijk aan hoe het modelleren van donkere materie, gekoppeld aan waarnemingen, limieten oplegt aan de deeltjes waaruit DM zou kunnen bestaan en daarmee ook aan de modellen.

          Direct erna schrijf je: “dus zouden ze gevonden moeten worden.”

          Je lijkt te denken dat monopolen (de magnetische uiteraard) gevonden moeten worden om inflatie te bewijzen, of in elk geval dat monopolen zulk bewijs zouden vormen. Maar dat doen ze niet.

          Monopolen volgen uit de wiskunde die poogt te beschrijven hoe de fundamentele krachten verenigd worden tot één kracht bij de hoge temperaturen die bij er de Big Bang waren. Omdat die monopolen niet gezien werden, was er een oplossing nodig en inflatie biedt zo’n oplossing: dit proces vergrootte het heelal zo enorm dat er nu wellicht maar 1 monopool bestaat per volume ruimte dat groter is dan de ruimte die we kunnen zien.

          In andere woorden: inflatie duwde een groot deel van of zelfs al deze topologische defecten (naast monopolen ook cosmic strings, domain walls en meer) voorbij onze kosmische horizon.

          Maar, als ik in de huiskamer geen stof aantref, is de stofzuiger een goede verklaring. Vind ik toch nog wat stof, dan bewijst dat niet dat er niet is gestofzuigd. De theorie “er is gestofzuigd” wordt niet ontkracht bij het aantreffen van toch nog wat stof. Daarvoor is meer bewijs nodig. Wellicht namelijk zuigt de stofzuiger alleen maar stof op dat, zeg, een zekere massa en afmetingen heeft.

          • @Spook, ik vraag me dan af wat de zin is om onderzoek te doen aan het wel of niet bestaan van monopolen als het toch niets bewijst. Ik kwam nog een artikel van Andrei Linde tegen die ze in zijn theorie toch wel handig vond om er de inflatie aan op te hangen. zie: https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9402031.pdf . Vervolgens was het nog een idee dat het vers gepostuleerde scalar veld van het Higgs boson voor de inflatie op kon draaien, maar dat boson bleek weer veel te zwaar toen die werd gevonden (terwijl men nota bene uitging van een nog veel zwaarder deeltje). Je laatste alinea geeft het probleem goed weer, je kan met theorieën zonder bewijs alle kanten op.

          • @Nico

            Je leest en concludeert dingen in teksten die er niet staan en daar kan geen uitleg tegenop.

            Ik tracht uit te leggen dat inflatie niet wordt bewezen door monopolen, dat er geen monopolen hoeven gevonden te worden voor de geldigheid van inflatie, en jij maakt dit ervan:

            “ik vraag me dan af wat de zin is om onderzoek te doen aan het wel of niet bestaan van monopolen als het toch niets bewijst.”

            Je deed dit ook in je eerste post waarin je direct al conclusies trok die niet door de tekst gesteund werden en in je tweede post met een niet-bestaand citaat dat mijn echte uitspraak omdraaide. Voor mij hoeft het zo niet meer.

Speak Your Mind

*