De Autochtoon
11-08-04, 11:28
Materie en anti-materie zijn elkaars spiegelbeeld, en ze vernietigen elkaar in een titanische explosie. Toch? Niet helemaal, zeggen natuurkundigen van de BaBar-groep. Zij lieten zien waarom ons heelal bijna geen anti-materie bevat.
Alsof je jezelf in een spiegel ziet: het beeld lijkt op je, maar er zijn toch verschillen. Til je rechterarm op, en de ander zwaait met zijn linker. Dat is ongeveer het verschil tussen materie en antimaterie. De internationale BaBar-groep, die bij het Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) onderzoek doet naar antimaterie, heeft overtuigend aangetoond dat er méér verschil is dan alleen een spiegel kan verklaren.
Volgens de kwantumveldentheorie, de natuurkunde van de allerkleinste deeltjes, zijn de twee materies elkaars exacte spiegelbeeld. Een deeltje en zijn antideeltje hebben dezelfde massa, maar waar de ene verder een positieve lading heeft, heeft de andere een negatieve. Ze reageren hetzelfde op zwaartekracht, maar precies omgekeerd op de elektromagnetische, de zwakke en de sterke kernkracht.
Als dat helemaal waar was, zou er tijdens de oerknal net zoveel materie als antimaterie zijn gevormd: energie die gebonden raakt in deeltjes zou namelijk net zoveel kans hebben om materie als antimaterie te vormen. En aangezien materie en antimaterie elkaar bij de geringste aanraking vernietigen, zou er nu dan niets meer over zijn.
CP-schending
Waarom zien we overal om ons heen materie, en komt antimaterie maar nauwelijks voor? Het antwoord is CP-schending, maar dat is eigenlijk flauw: CP staat voor charge-parity: lading en pariteit. Keer die twee grootheden om bij een deeltje en je krijgt zijn antideeltje. CP-schending betekent niets anders dan dat antimaterie zich anders gedraagt dan materie.
In de loop der jaren zijn door de BaBar-groep en hun collega's, de Belle-groep van het KEK-laboratorium in Japan, indirecte aanwijzingen gevonden dat CP-schending inderdaad bestaat tussen B-mesonen. Reacties tussen elementaire deeltjes leken voor materie iets anders te verlopen dan voor anti-materie. Daardoor zou zich telkens net iets meer materie dan anti-materie vormen.
Directe CP-schending werd al eerder waargenomen in het verval van K-mesonen, maar nog nooit zo duidelijk als nu in het SLAC. Daar onderzoeken de leden van de BaBar-groep botsingen tussen elektronen en hun antideeltjes, de positronen. De twee deeltjesbundels vernietigen elkaar en maken daarbij energie vrij. Daaruit vormen zich paren van B-mesonen en anti-B-mesonen. Elk van die B-deeltjes valt weer uiteen in een ander paar mesonen. B vormt K+pi- en anti-B vormt K-pi+. Je zou gelijke aantallen van die producten verwachten, maar die vormen zich dus niet.
Van de 200 miljoen B- en anti-B-paren die BaBar bekeek, vervielen niet alle paren in K- en pi-deeltjes. In totaal werd 910 bezien dat een B-deeltje zo'n paar vormde, maar de anti-B-deeltjes deden het een stuk slechter: maar 696 paren! De natuurkundigen weten zeker dat ze minstens 98% van de paren hebben gezien. De conclusie lijkt duidelijk: materie is niet zomaar te spiegelen in anti-materie.
Het verschil tussen materie en antimaterie is er dus. Het heelal is 'oneerlijk': er is een voorkeur voor de ene soort deeltjes, maar de succesvolle kwantumveldentheorie kan dat niet verklaren. Teken aan de wand dat er meer is dan het Standaardmodel?
Gieljan de Vries
Alsof je jezelf in een spiegel ziet: het beeld lijkt op je, maar er zijn toch verschillen. Til je rechterarm op, en de ander zwaait met zijn linker. Dat is ongeveer het verschil tussen materie en antimaterie. De internationale BaBar-groep, die bij het Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) onderzoek doet naar antimaterie, heeft overtuigend aangetoond dat er méér verschil is dan alleen een spiegel kan verklaren.
Volgens de kwantumveldentheorie, de natuurkunde van de allerkleinste deeltjes, zijn de twee materies elkaars exacte spiegelbeeld. Een deeltje en zijn antideeltje hebben dezelfde massa, maar waar de ene verder een positieve lading heeft, heeft de andere een negatieve. Ze reageren hetzelfde op zwaartekracht, maar precies omgekeerd op de elektromagnetische, de zwakke en de sterke kernkracht.
Als dat helemaal waar was, zou er tijdens de oerknal net zoveel materie als antimaterie zijn gevormd: energie die gebonden raakt in deeltjes zou namelijk net zoveel kans hebben om materie als antimaterie te vormen. En aangezien materie en antimaterie elkaar bij de geringste aanraking vernietigen, zou er nu dan niets meer over zijn.
CP-schending
Waarom zien we overal om ons heen materie, en komt antimaterie maar nauwelijks voor? Het antwoord is CP-schending, maar dat is eigenlijk flauw: CP staat voor charge-parity: lading en pariteit. Keer die twee grootheden om bij een deeltje en je krijgt zijn antideeltje. CP-schending betekent niets anders dan dat antimaterie zich anders gedraagt dan materie.
In de loop der jaren zijn door de BaBar-groep en hun collega's, de Belle-groep van het KEK-laboratorium in Japan, indirecte aanwijzingen gevonden dat CP-schending inderdaad bestaat tussen B-mesonen. Reacties tussen elementaire deeltjes leken voor materie iets anders te verlopen dan voor anti-materie. Daardoor zou zich telkens net iets meer materie dan anti-materie vormen.
Directe CP-schending werd al eerder waargenomen in het verval van K-mesonen, maar nog nooit zo duidelijk als nu in het SLAC. Daar onderzoeken de leden van de BaBar-groep botsingen tussen elektronen en hun antideeltjes, de positronen. De twee deeltjesbundels vernietigen elkaar en maken daarbij energie vrij. Daaruit vormen zich paren van B-mesonen en anti-B-mesonen. Elk van die B-deeltjes valt weer uiteen in een ander paar mesonen. B vormt K+pi- en anti-B vormt K-pi+. Je zou gelijke aantallen van die producten verwachten, maar die vormen zich dus niet.
Van de 200 miljoen B- en anti-B-paren die BaBar bekeek, vervielen niet alle paren in K- en pi-deeltjes. In totaal werd 910 bezien dat een B-deeltje zo'n paar vormde, maar de anti-B-deeltjes deden het een stuk slechter: maar 696 paren! De natuurkundigen weten zeker dat ze minstens 98% van de paren hebben gezien. De conclusie lijkt duidelijk: materie is niet zomaar te spiegelen in anti-materie.
Het verschil tussen materie en antimaterie is er dus. Het heelal is 'oneerlijk': er is een voorkeur voor de ene soort deeltjes, maar de succesvolle kwantumveldentheorie kan dat niet verklaren. Teken aan de wand dat er meer is dan het Standaardmodel?
Gieljan de Vries