Bij onderzoeksinstituut CERN hebben deeltjesbotsingen twee nieuwe gevallen van ‘CP-schending’ aan het licht gebracht. Dit fenomeen kan verklaren waarom ons universum meer materie dan antimaterie bevat.
Een nieuwe analyse van deeltjesbotsingen in de Large Hadron Collider (LHC) helpt onderzoekers beter te begrijpen waarom ons universum veel meer materie dan antimaterie bevat.
‘We denken dat er aan het begin van het heelal evenveel materie als antimaterie was, en dat het heelal vervolgens evolueerde naar een situatie waarin materie domineert. Maar hoe?’ zegt natuurkundige Ozlem Ozcelik van natuurkunde-instituut CERN in Zwitserland. CP-schending wordt in het algemeen gezien als het antwoord op deze vraag. Het verwijst naar processen, zoals het verval van deeltjes, die leiden tot meer materie dan antimaterie. Dit zorgt ervoor dat materie in het universum de overhand kreeg, in plaats van dat al die materie verdween in botsingen met gelijke hoeveelheden antimaterie.
Natuurkundige wint prijs met boek over wis- en natuurkunde: ‘Het is als woordjes leren, dat moet je een paar keer oefenen’
Wis- en natuurkunde worden vaak gezien als ‘moeilijke’ vakken. Toch bekroonde een scholierenjury vorig jaar een boek over ...
De details van deze processen die materie een voorsprong geven, zijn onduidelijk. Daar komt het onderzoek van Ozcelik om de hoek kijken. Samen met collega’s heeft ze twee nieuwe voorbeelden ontdekt van CP-schending in deeltjesbotsingen.
Twee schendingen
De onderzoekers keken naar protonbotsingen in de LHCb-detector, een CERN-experiment dat in het bijzonder naar CP-schending speurt. Elke botsing resulteert in een explosie van deeltjes, waaronder zowel materie- als antimateriedeeltjes. Sommige daarvan zijn zo onstabiel dat ze onmiddellijk weer vervallen in kleinere deeltjes.
Ozcelik en haar collega’s ontdekten dat een instabiel materiedeeltje, het zogeheten bottom-lambda-baryon, met een andere snelheid vervalt dan zijn antimaterietegenhanger. Dat is dus een geval van CP-schending. Het team bestudeerde ook een ander deeltje, het bottom-meson en zijn antimaterie-tegenhanger. Ook hier ontdekten zij CP-schending. Geen van deze schendingen is eerder gemeten.
Nieuwe natuurwetten
Ozcelik zegt dat het standaardmodel van de deeltjesfysica – momenteel onze beste beschrijving van de bouwstenen van de natuur – talloze CP-schendingen voorspelt, waaronder deze twee. Maar als je al deze schendingen bij elkaar optelt, is het resultaat niet groot genoeg om te verklaren waarom onze kosmos zoveel meer materie dan antimaterie bevat. Daarom zoeken natuurkundigen ook naar nieuwe CP-schendingen. Het nauwkeurig meten daarvan is cruciaal om hints te verzamelen over wat er mogelijk ontbreekt in het standaardmodel, zegt ze.
Natuurkundige Robert Fleischer van het Amsterdamse deeltjesinstituut Nikhef zegt dat de vervalprocessen waar het team zich op richtte belangrijk zijn om de deeltjesmodellen te verfijnen – vooral in gevallen die moeilijk te voorspellen zijn met behulp van wiskunde. ‘Het is echt ongelooflijk dat het team er experimenteel in geslaagd is om dit niveau van precisiemetingen te doen’, zegt hij. De vondst maakt hem optimistisch dat er binnenkort meer gevallen van CP-schending ontdekt worden, waaronder verrassende die de weg zullen wijzen naar nieuwe natuurkundige wetten.
