Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

MELD JE AAN
neutrino detector uit Japan, de Super Kamiokande

Astrofysicus Boris Kayser werkt aan een theorie die de oplossing zou kunnen zijn voor één van de grootste natuurkundige vraagstukken: Waarom is er niet meer antimaterie? Hij vertelde hierover bij de FOM-dagen in Veldhoven.

Boris Kayser, natuurkundige aan het Fermilab, was als zoon van een Amerikaanse kippenboer al vroeg gebiologeerd door de natuur. Hij vertelt in een gesprek op de FOM-dagen in Veldhoven: “ik ben geïnteresseerd in het enorm grote, het meest algemeen geldende. De regels die alles kunnen beschrijven. De sereniteit en rust van het gigantische waarin je helemaal kunt opgaan. ' Hij wijdt zijn leven om een groot openstaand raadsel op te lossen. Waarom is er niet meer antimaterie in ons universum.

'Elk deeltje heeft een bijbehorend antideeltje. De massa is hetzelfde van een deeltje en antideeltje, maar andere eigenschappen zijn precies tegenovergesteld. Deeltjes en antideeltjes die bij elkaar komen vernietigen elkaar. Ze worden omgezet in pure energie. Dit is al vele malen gezien in laboratoria en in de ruimte. We zien echter alleen materie en geen antimaterie om ons heen. Als ze elkaar opheffen, waarom hebben materie en antimaterie elkaar dan niet al vernietigd in het universum?´ zegt Kayser. Er iseen aantal mogelijkheden. Er kan bijvoorbeeld tijdens de oerknal meer materie dan antimaterie gemaakt zijn. Het kan ook zijn dat antideeltjes sneller vervallen dan gewone deeltjes. Hoe dan ook, er moet een verschil zijn in de creatie of vernietiging van deeltjes en antideeltjes.

‘Waar is dan al die antimaterie gebleven? Ik onderzoek deeltjes die weinig mensen kennen, maar deeltjes die het mogelijk maken dat de zon kan schijnen en wij überhaupt kunnen bestaan. Deze deeltjes heten neutrino’s en het zijn hele kleine deeltjes die betrokken zijn bij kernfusie. Zonder kernfusie geen zonnewarmte en zwaardere elementen zoals koolstof, zuurstof en stikstof. Wij zijn letterlijk sterrenstof, zonder deze processen zouden wij niet kunnen bestaan,' vertelt Kayser.

De astrofysicus vertelt in zijn voordracht op de FOM-dagen dat hij bezig is met de zogenaamde seesaw (wipwap) theorie. Dit is een uitbreiding op het standaardmodel, dat het gedrag van alle deeltjes en krachten in ons universum beschrijft (op zwaartekracht na). Het standaardmodel is een enorm succesvol model en heeft al hele mooie resultaten opgeleverd. Maar het materie en antimaterie vraagstuk ligt volgens Kayser buiten het standaardmodel en zou in de wipwap theorie gevonden kunnen worden.

Het wipwapmodel voorspelt dat er voor elke neutrino ook een zwaarder broertje moet zijn. Dit zwaardere broertje is zó zwaar dat we dit deeltje niet op aarde kunnen maken. Zelfs niet met de grootste deeltjesversnellers. Tijdens de oerknal zouden deze zware neutrino’s wel geproduceerd zijn en vrijwel meteen vervallen in een elektron of het antideeltje genaamd positron. Omdat het niet mogelijk is om deze zwaardere neutrino’s te maken in een laboratorium kunnen we niet controleren of tijdens dit proces meer materie dan antimaterie gemaakt wordt. Dus Kayser is heel hard op zoek naar methodes om via een omweg experimenteel te kijken of deze theorie klopt of niet.

Een methode die een duidelijke hint geeft of dit model klopt kijkt naar neutrino’s en antineutrino’s. Als neutrino’s zich in dit experiment anders gedragen dan de antineutrino’s, dan zullen waarschijnlijk de zware neutrino’s in meer elektronen vervallen dan positronen.

Het experiment kijkt naar de ‘smaak’ van de neutrino’s. Er zijn namelijk drie soorten neutrino’s. Wetenschappers noemen dit drie verschillende smaken van de neutrino. Dit heeft niets te maken heeft met smaak zoals wij die kennen, maar met de massa van de neutrino’s. Kort door de bocht: ze hebben alle drie een andere massa. ‘Ik noem de soorten neutrino’s altijd chocolade, vanille en aardbeien neutrino’s. Dat klinkt lekkerder.’ Zegt Kayser met een glimlach om zijn mond.

‘Uit metingen zien we dat de smaak van de neutrino kan veranderen. Het is alsof je in de supermarkt een chocolade ijsje koopt en onderweg in de auto het ijsje verandert in vanille. Dat is precies wat neutrino’s doen. Onderweg veranderen ze van smaak.’ Experimenten gaan nu hopelijk aantonen dat neutrino’s op een andere manier van smaak veranderen dan antineutrino’s. Als dat zo is, dan is het verval tijdens de bigbang van de zware neutrino’s naar elektronen en positronen waarschijnlijk ook niet evenwichtig. Kayser ziet duidelijke aanwijzingen dat als elektronen en positronen niet evenwichtig gemaakt worden, dat dan de overige deeltjes (protonen bijvoorbeeld) ook niet evenwichtig geproduceerd wordt. Hiermee zou het antimaterie mysterie opgelost kunnen worden.