De minuscule quantumkorrels waaruit het universum volgens de quantummechanica is opgebouwd, blijken veel kleiner dan gedacht. Dat concludeerden fysici na bestudering van de gegevens van de Integral-satelliet van ESA. Dat resultaat levert een belangrijke nieuwe aanwijzing in de zoektocht naar een quantumgravitatietheorie.
Tot voor kort meenden fysici dat de korreligheid van ons universum zichtbaar werd vanaf een schaalgrootte van 10-35 meter (de zogenoemde Planck-schaal) – nog vele malen kleiner dan de grootte van een atoom (zo’n 10-11 meter). Uit de nieuwe metingen van Integral, die zo’n 10.000 maal nauwkeuriger zijn dan eerdere waarnemingen, blijkt echter dat die toch al niet grote schaal nóg veel kleiner is: maximaal zo’n 10-48 meter.
Gammastraling
De onderzoekers kwamen tot die ontdekking via een omweg. De quantumkorrels hebben namelijk invloed op de manier waarop gammastraling door de ruimte reist. Wanneer gammastraling tussen de korrels doorschiet, verandert dat subtiel de draairichting van die straling. De mate waarin dat gebeurt is afhankelijk van zowel de grootte van de korrels als de energie van de straling: hoogenergetische straling draait onder invloed van de korrels meer dan laagenergetische straling. Door te vergelijken hoeveel straling van verschillende energieniveaus draaide, kon men daarom de grootte van de korrels bepalen.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Quantumgravitatie
Die grootte is van belang bij de pogingen een oplossing te vinden voor één van de grootste problemen uit de moderne fysica. Waar volgens de quantummechanica ons heelal op kleine schaal een korrelige bende is, daar schotelt Einsteins algemene relativiteitstheorie ons namelijk een orderlijk en glad universum voor.
Door deze tegenspraak mislukten tot nog toe alle pogingen om een quantumgravitatietheorie te maken. Die theorie moet de quantummechanica en de algemene relativiteitstheorie in één wiskundige beschrijving samenvatten – iets dat volgens veel fysici de eerste stap is op weg naar de lang gezochte theorie van alles, die alle bekende fysica in één beschrijving moet vatten.
Snaartheorie
Een nieuwe berekening van de grootte van de quantumkorrels aan de hand van waarnemingen met de Integral-satelliet, zorgt voor nieuwe randvoorwaarden aan dergelijke theorieën. Als de berekeningen van de fysici kloppen, kunnen wetenschappers daardoor direct een aantal varianten van onder andere de bekende snaartheorie als kandidaat schappen.
