LHC ziet hoe materie en antimaterie zich misdragen bij vervallend deeltje

Voor het eerst hebben fysici een glimp opgevangen van gedragsverschillen tussen materie en antimaterie. Als hun bevinding bevestigd wordt, verklaart dat waarom in het universum veel meer materie voorkomt dan antimaterie.

Een botsing in het LHCb experiment, waarbij diverse deeltjes ontstaan. Beeld: CERN/LHCb
Een botsing in het LHCb experiment, waarbij diverse deeltjes ontstaan.
Beeld: CERN/LHCb

Fysici denken dat bij de oerknal evenveel materie als antimaterie ontstond. Maar deze tegengestelde deeltjes annihileren tot een plof energie als ze elkaar tegenkomen. Ze zouden elkaar dus al lang geleden vernietigd hebben.Dat zien we echter niet. Vandaag de dag komt in het universum vooral materie voor, iets dat onherroepelijk betekent dat sommige natuurkundige mechanismen een voorkeur hebben voor materie ten opzichte van antimaterie. ‘We zien geen antimaterie in het heelal’, zegt Nicola Neri van het Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Milaan. ‘Dit is een van de grote raadsels die we willen oplossen.’

De veronderstelling dat materie zich helemaal hetzelfde gedraagt als antimaterie, staat in de fysica ook wel bekend als CP-symmetrie. Als die symmetrie niet altijd opgaat, verklaart dat waarom het heelal toch tjokvol materie zit. Eerdere experimenten toonden aan dat CP-symmetrie geschonden wordt door deeltjes genaamd mesonen, die bestaan uit een quark en een antiquark. Deze bevindingen leverden twee nobelprijzen op, een in 1980 en een in 2008.

Maar dat was niet genoeg. ‘De bronnen die we tot nu toe gevonden hebben, schenden de CP-symmetrie niet voldoende om de enorme onbalans in het heelal te verklaren’, zegt Neri.

Het LHCb experiment bij CERN. Beeld: Maximilien Brice/CERN.
Het LHCb experiment bij CERN. Beeld: Maximilien Brice/CERN.

Nu ook bij baryonen

Nu heeft Neri samen met zijn collega’s van het LHCb-experiment aan Cern gekeken naar baryonen, een deeltjessoort waaronder ook neutronen en protonen vallen. Bij hun onderzoek keken de fysici naar verschillen in het verval van een bepaald type zware baryonen en hun antimateriële tegenhangers. En ze hadden geluk. De deeltjes vervielen op een manier die CP-symmetrie lijkt te schenden. ‘Het bijzondere aan deze metingen is dat de CP-schending voor het eerst bij baryonen gezien is’, zegt deeltjesfysicus Marcel Merk. Merk is verbonden aan het onderzoeksinstituut Nikhef in Amsterdam, en betrokken bij het LHCb-experiment. ‘Alle CP-schending die we tot nu toe hadden gezien, was bij mesonen.’

‘We hadden niet verwacht dat we zo’n grote signaalopbrengst konden hebben’, zegt Neri, die het resultaat van hem en zijn collega’s opschreef in het vakblad Nature Physics. ‘Dat was een leuke verrassing.’

Weinig kans

Het verval dat CP-symmetrie leek te schenden had in het experiment een statistische significantie van 3,3 sigma. Dat betekent dat hetzelfde signaal slechts eens in de duizend keer door toeval zal ontstaan. Deeltjesfysici noemen een meting echter pas een ontdekking als de kans om het signaal toevallig te maken kleiner is dan een op een miljoen (5 sigma). Het huidige resultaat is daarom slechts een aanwijzing dat er iets vreemds aan de hand is.

LEESTIP! Lees alles over nog onontdekte deeltjes in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. Bestel het boek in onze webshop!
LEESTIP Lees alles over onontdekte deeltjes in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. Bestel het boek in onze webshop!

Sinds de LHC op een hoger vermogen draait is deze nog meer data aan het verzamelen. ‘Het zal nog zeker een jaar duren voordat er genoeg data is om verder te gaan met het bestuderen van CP-schending deze deeltjes’, zegt Merk. ‘Pas dan weten we zeker of we kunnen spreken van een ontdekking of dat er toch geen CP-schending plaatsvindt bij deze deeltjes.’

‘Het is een belangrijke meting’, zegt David MacFarlane van het SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, die deel uitmaakte van de onderzoeksgroep die de CP-schending in mesonen mat. ‘Op hoe meer plekken we CP-schending zien, hoe meer kans we hebben om te begrijpen of het standaardmodel correct is of dat andere oorzaken een rol spelen.’

Dit bericht is vertaald en aangepast door Dorine Schenk.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

Over de auteur

Lisa Grossman

Wetenschapsjournalist Lisa Grossman schrijft voor New Scientist over diverse onderwerpen als sterrenkunde, ruimtevaart en biologie



2 Reacties

  • Jan Van Besauw

    | Beantwoorden

    Met de LHC gebeuren experimenten met vrije protonen.
    Ik vraag me af hoe men die vrije protonen maakt.

    • Steven

      | Beantwoorden

      Bijvoorbeeld door waterstofatomen te ioniseren.

Plaats een reactie