credit: Simon Swordy (U. Chicago), NASA.
Er is een al jaren bestaand probleem dat te maken heeft met kosmische straling, de ‘straling’ uit de ruimte, die eigenlijk geen straling is, maar die uit zeer energierijke deeltjes bestaat en die afkomstig is van zeer extreme objecten, zoals supernovae en zwarte gaten. Probleem is dat als de deeltjes bij de aarde komen ze in botsing komen met de deeltjes in de atmosfeer en dan krijg je een ‘cascade’ of waterval van nieuwe deeltjes, die op het aardoppervlak aankomen en daar kunnen worden gedetecteerd. In die ‘secundaire’ deeltjes, zoals ze ook wel worden genoemd, worden teveel muonen aangetroffen, de zwaardere varianten van de elektronen. En dat ’te veel’ is dan weer ten opzichte van theoretische voorspellingen op grond van modellen. Per minuut arriveert er op de grond op iedere vierkante centimeter van de aarde één muon en de gemiddelde energie daarvan is 4 GeV, zo laten waarnemingen zien. Voorspellingen op grond van waarnemingen gedaan aan muonen met de Large Hadron Collider en de Super Proton Synchrotron van CERN bij Genève zeggen dat muonen met energieën tussen 6 en 16 exa-elektronvolt (1 to t2,5 joules!) wel 30 tot 60% vaker voorkomen dan voorspeld. Men denkt nu dat de oorzaak van het verschil tussen theorie en waarneming gelegen is in de allereerste botsing die de kosmische straling in de hogere delen van de atmosfeer ondergaat met deeltjes zoals stikstof, zuurstof en argon. Deze elementen hebben atoomkernen met daarin protonen, neutronen én gluonen. En het is die laatste categorie die de oplossing biedt.
Gluonen zijn de dragers van de sterke wisselwerking en die voeren ze uit tussen de quarks, waar de atoomkernen uit bestaan. Hoe dat precies gaat wordt beschreven door de zogeheten quantum chromodynamika (QCD). Binnen de atoomkernen is het mogelijk dat de gluonen condenseren en een zogeheten glun condensaat vormen – zo werd 25 jaar geleden al voorspeld. Recente berekeningen laten nu zien dat als een atoomkern in de hogere delen van de atmosfeer geraakt wordt door een deeltje van de kosmische straling er inderdaad zo’n gluon condensaat kan ontstaan. Dat leidt tot het ontstaan van meer ‘vreemde’ quarks en dat op haar beurt is weer de oorzaak van de productie van meer muonen.
Meer hierover is te lezen in het vakartikel van Bingyang Liu et al, Explaining Muon Excess in Cosmic Rays Using the Gluon Condensation Model, The Astrophysical Journal (2024).
Bron: Phys.org.
Speak Your Mind