antimaterie

Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog...

Antimaterie-aandrijving met huidige techniek te bouwen

22 reacties / Analyses, Ideeën, Ideeën en techniek, Universum, Visionaire projecten, Zonnestelsel / Door / 14 mei 2012

Eigenlijk is er op dit moment maar één echt realistische optie om de sterren te bereiken: antimaterie. Antimaterie produceren is nog steeds extreem moeilijk, maar er is nu wel een motorontwerp waarmee snelheden tot zeventig procent van de lichtsnelheid zijn te bereiken. Dus als een uitvinder een efficiënte methode bedenkt om antimaterie te maken en er ook nog even een overvloedige energiebron bij bedenkt, kunnen we op weg…

Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog...
Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog... (bron/(c): startrek.com)

Ideale raketbrandstof
Antimaterie is volledig in energie om te zetten, door deze met dezelfde hoeveelheid materie samen te voegen. Een gram antimaterie levert hiermee 25 miljoen kilowattuur op, voldoende energie om in een elektrische auto naar de zon te rijden en weer terug (of, wellicht praktischer, met een ruwweg vergelijkbare auto 6000 maal de wereld rond).

Geen wonder dat ruimtevaartvisionairen serieus aandacht besteden aan  antimaterie als aandrijving. Antimaterie is de enige bekende brandstof waarmee snelheden in de buurt van de lichtsnelheid zijn te bereiken. Helaas (of gelukkig, want antimaterie is een uitermate explosief goedje), is antimaterie schaars en wordt met atomen tegelijk gemaakt. In een gram waterstof zitten alleen al 3,1 * 10^23 atomen, dus alle sterren in het heelal zijn allang tot doffe sintels afgekoeld tegen de tijd dat je op die manier genoeg antimaterie hebt gemaakt voor een reis naar de sterren.

Eindelijk een goede motor
Maar toch, sommige natuurkundigen (doorgaans grote science fiction fans), laten zich daardoor niet weerhouden. Want stel, we vinden wel een overvloedige antimateriebron uit.  Ronan Keane van Western Reserve Academy en Wei-Ming Zhang van Kent State University, beide in de Amerikaanse staat Ohio, hebben dan alvast een bruikbare antimaterie-motor op de plank liggen.

De maximumsnelheid van een raket hangt af van de snelheid waarmee het gas of andere deeltjes uit worden gestoten, het deel van de raketmassa dat wordt besteed aan brandstof  en de strategie waarmee de brandstof wordt opgestookt. Het tweetal besloot zich toe te leggen op het maximaliseren van de uitstroomsnelheid. Immers: we kennen niet de overwegingen van raketbouwers in de (verre) toekomst, aldus het tweetal. Wel weten we dat een hoge uitstroomsnelheid in elke raket handig is. In dit geval: de uitstroomsnelheid van de deeltjes die ontstaan bij de vernietiging van materie en antimaterie.

Deze impuls wordt voornamelijk opgewekt door het gebruik van een magnetisch veld dat geladen deeltjes afbuigt in de annihilatie. Dit tweetal richt zich op de wederzijdse vernietiging van protonen en antiprotonen waarbij geladen pionen (instabiele quarkparen) ontstaan. Hoe efficiënter het magneetveld alle impuls de juiste richting op kan sturen, hoe efficiënter de aantimaterieaandrijving. In deze opzet hangt de uitlaatsnelheid van de pionen af van twee factoren: hun gemiddelde beginsnelheid als ze ontstaan en de efficiëntie van de magnetische sproeikop.

Motor efficiënt en binnen bereik
In het verleden berekenden diverse natuurkundigen dat de pionen met 90%  van de lichtsnelheid zouden reizen maar dat de sproeikop slechts 36% efficiënt zou zijn: met elkaar vermenigvuldigd, rond de 0,32 c. Teleurstellend langzaam.  In het nieuwe ontwerp van Keane en Zhang, waarbij ze gebruik maakten van de   GEANT4 (short for Geometry and Tracking 4) software die het CERN gebruikt om het gedrag van botsende bundels protonen en antiprotonen te berekenen, blijkt echter zowel goed als slecht nieuws. Slecht nieuws is dat de pionen die op deze manier worden geproduceerd, geen 90% maar slechts 80% van de lichtsnelheid bereiken. Het goede nieuws is dat uit de simulaties blijkt dat een magnetische sproeikop veel efficiënter kan zijn dan tot nu toe gedacht: tot de 85% efficiënt. Samen betekent dit dat tot maar liefst 70% van de lichtsnelheid bereikt kan worden. Althans in theorie. Bij 0,7 c vertraagt de tijd merkbaar.

Ander goed nieuws is dat hiervoor niet eens een extreem sterk magnetisch veld nodig is. 12 Tesla is een veldsterkte die nu al in MRI-scanners en in het CERN wordt gebruikt. Kortom: we kunnen nu al een dergelijke antimateriemotor bouwen.

Nu de brandstof nog….
Volgens sommige schattingen duurt het ongeveer duizend jaar om met een installatie als van het CERN een miljoenste gram antimaterie te maken. Daarmee kom je uiteraard niet erg ver. Keane en Zhang hebben hiervoor een oplossing: het oogsten van antiprotonen uit een dunne ring antimaterierijk materiaal die de aarde omringt. PAMELA, de satelliet die de metingen deed, oogstte echter slechts 28 antiprotonen in twee jaar. Het CERN produceert er  meer per dag. Het is vermoedelijk slimmer om met een enorm magnetisch schepveld bundels antimaterie uit de kosmische straling te oogsten of, nog beter, deze met behulp van zonne-energie te produceren. De zon zet per seconde bijna duizend ton massa om in energie. Deze energie is weer in materie om te zetten. Als je de gehele zon zou aftappen, zou je in ongeveer een seconde de antimaterie kunnen produceren voor een ruimtereis. Dus wie weet,komt het nog eens zover…

Bron:
Beamed Core Antimatter Propulsion: Engine Design and Optimisation, Arxiv.org, 2012

De kleinset detector van het LHC, de LHCb, blijkt de interessantste resultaten tot nu op te leveren.

LHC: eerste harde bewijs nieuwe natuurkunde opgedoken?

Laat een reactie achter / Wetenschap / Door / 24 november 2011

De Large Hadron Collider heeft verschillen ontdekt in hoe deeltjes en antideeltjes radioactief vervallen. Dit kan helemaal niet, zegt het Standaardmodel. Nieuwe natuurkunde?

Waarom is er meer materie dan antimaterie?
Tijdens de Big Bang is er ongeveer evenveel materie als antimaterie gevormd. Vervolgens vernietigden de meeste materie en alle antimaterie elkaar in een vernietigende zee van straling. De kosmische achtergrondstraling is daar een afgezwakt overblijfsel van. Er bleef een klein restje materie over, dat waar wij uit bestaan. Een bekend natuurkundig raadsel is waarom er meer materie dan antimaterie is. Antimaterie is het gemakkelijkst te beschrijven als materie die terug in de tijd reist. Het is materie met alle eigenschappen, behalve massa, omgedraaid. Een antiproton, bijvoorbeeld, is even zwaar als een proton maar heeft een negatieve lading en bestaat uit drie antiquarks.

De kleinset detector van het LHC, de LHCb, blijkt de interessantste resultaten tot nu op te leveren.
De kleinset detector van het LHC, de LHCb, blijkt de interessantste resultaten tot nu op te leveren.

Kleinere detector toont eerste bewijs
Nu, voor het eerst, zijn er in de LHC van het CERN overtuigende bewijzen gevonden voor natuurkunde die materie ‘voortrekt’ boven antimaterie. Het eerste teken van nieuwe natuurkunde dat opduikt bij het LHC. Zou supersymmetrie kloppen? De spanning stijgt in de het natuurkundewereldje. Ironisch genoeg komt de ontdekking niet van de twee hoofddetectors van de LHC, ATLAS en CMS waar samen tienduizend mensen werken, maar van de kleinere LHCb, waar zeshonderd mensen werken.

Afwijking in verval anti-D0-mesonen
Het Standaardmodel staat alleen kleine verschillen toe in het gedrag van materie en antimaterie. Zo moet een antimateriedeeltje vrijwel even snel uit elkaar vallen als een materiedeeltje. Daar blijkt echter weinig van te kloppen: D0-mesonen (die zijn  deeltjes die niet zoals protonen en neutronen uit drie, maar slechts uit twee quarks bestaan) vallen anders uit elkaar dan anti-D0 mesonen. Onmogelijk, volgens het Standaardmodel. Deze deeltjes vallen uiteen in hetzij een pion en antipion of kaon en antikaon.De waarschijnlijkheid dat zich een pionpaar vormt in plaats van een kaonpaar is bij materie-D0 mesonen 0,8% groter dan bij antimaterie-D0 mesonen. Dat is acht keer zoveel als maximaal toegestaan door het Standaardmodel [2]. Het resultaat heeft een statistische significantie van 3,5 sigma (standaardafwijkingen). Dit komt neer op een kans van 1:2000 dat het hier om een statistische uitschieter gaat. Niet beslissend genoeg voor de natuurkundigen van de LHCb, die daarom doorgaan met het uitspitten van de data van de rest van 2011. De onderzoekers hopen zo een resultaat met vijf sigma (vijf keer de standaardafwijking in een normale verdeling) te bereiken, wat neer komt op een kans van 1 op de 1,7 miljoen dat het om een statistische fout gaat.

Supersymmetrietheorie SUSY de oplossing?
Deze afwijking is juist wel goed te verklaren met behulp van supersymmetrie, SUSY, een theorie die het standaardmodel uitbreidt met zware ‘super’ varianten voor elk bekend deeltje. Deze extra deeltjes produceren vereist enorm veel energie, de reden dat we ze nog niet waargenomen hebben. Als virtuele deeltjes bestaan ze (als een van de vormen van SUSY klopt) wel – elk deeltje, hoe zwaar ook, bestaat, zij het voor een extreem korte tijd, zegt  de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Sommige van die virtuele deeltjes kunnen het verval van bestaande deeltjes (zoals de D0-mesonen) veranderen. In Grossman’s studie (2) kunnen SUSY-deeltjes als gluino’s, de superversie van gluonen die de sterke kernkracht overbrengen, de asymmetrie bevorderen tot meer dan één procent. 0,8 procent valt hier binnen.

Supersymmetrie zou ook een ander netelig probleem oplossen. Als supersymmetrie klopt, krijgt het Higgsdeeltje – dat overigens steeds meer weg krijgt van het Schotse meermonster Nessie – precies de juiste massa. Dit zou het Standaardmodel behoeden voor ineenstorting. SUSY levert met die enorme dierentuin aan superdeeltjes ook een aantal goede kandidaat-deeltjes voor donkere materie. Viervijfde van alle materie bestaat uit donkere materie en kunnen we alleen waarnemen door de zwaartekrachtsinvloed. Er komt wel weer een netelig probleem bij. Als het Higgsdeeltje niet blijkt te bestaan, wat dan?

Of een andere theorie?
Toch is nog niet iedereen overtuigd, waaronder Grossman zelf. Misschien dat Grossman’s berekeningen niet kloppen. Hij gebruikte namelijk benaderingen in de berekeningen waarmee de maximale afwijking volgens het Standaardmodel op een tiende procent werd bepaald. Grossman denkt daarom dat er in de loop van 2012 veel nieuwe berekeningen zullen verschijnen.

Wellicht verklaart deze asymmetrie ook waarom er meer materie is dan antimaterie. Toekomstige studies moeten hier meer licht op werpen. Het natuurkundewereldje kijkt ondertussen reikhalzend uit naar meer aanwijzingen voor nieuwe natuurkunde. Want na drie decennia wordt het Standaardmodel wel erg saai.

De Zuid-Atlantische Anomalie blijkt een antimateriegordel te herbergen.

Antimateriegordel rond de aarde ontdekt

1 reactie / Wetenschap / Door / 4 augustus 2011

De aarde wordt voortdurend gebombardeerd door kosmische straling met een extreem hoge energie. Hierbij worden onder meer antiprotonen gevormd. Naar nu blijkt, worden antiprotonen vastgehouden door het aardmagnetisch veld. Zweeft antimaterie gewoon voor het opscheppen?

Antimateriegordel?
Als zeer energierijke kosmische deeltjes de aardse atmosfeer raken, ontstaat er een “douche” van dochterdeeltjes. Deze douches kunnen zelfs vanaf de grond worden waargenomen. Al lang geleden vermoedden astronomen dat er bij deze extreem energierijke botsingen ook antiprotonen moeten kunnen worden gevormd, zoals dat ook in aardse deeltjesversnellers gebeurt.Maar wat gebeurt er met de antiprotonen nadat ze zich hebben gevormd? Een groepje Italiaanse astronomen vermoedden daarom dat er zich een gordel van antiprotonen rond  de aarde heeft gevormd. In 2006 lanceerden ze de satelliet PAMELA om op jacht te gaan naar deze antideeltjes.

Magnetische anomalie houdt inderdaad antiprotonen vast

De Zuid-Atlantische Anomalie blijkt een antimateriegordel te herbergen.
De Zuid-Atlantische Anomalie blijkt een antimateriegordel te herbergen.

Zoals de meeste ruimtevaartuigen in LEO, een baan 200-2000 km  boven de aarde, moest PAMELA elke dag door de onder satellietbouwers zeer gevreesde Zuidatlantische Anomalie, een plek waar het aardmagnetisch veld zwak is en de stralingsrijke Van Allen gordels de aardoppervlakte het dichtste naderen. Op deze plek hebben energierijke deeltjes de neiging, te blijven hangen. Dus als er ergens antiprotonen zweven, moet dat wel in de Zuidatlantische Anomalie zijn.

Het PAMELA team heeft nu de 850 dagen van waarnemingsdata geanalyseerd en hebben alleen gekeken naar de tijd waarin de satelliet door de Zuidatlantische Anomalie bewoog, ongeveer 1,7% van de tijd.  In deze tijd ontdekte het team sporen van 28 antiprotonen. Dat is ongeveer duizend maal meer dan er van nature in galactische straling voorkomen. De deeltjes worden dus werkelijk ingevangen en geconcentreerd in de gordel. De rijkste bron van antiprotonen in de buurt van de aarde, aldus het team achter PAMELA.

Antimaterie is weliswaar extreem explosief spul, maar de ontdekking van de nieuwe gordel zal satellietbouwers niet in angst en beven achterlaten. Er is immers in de Anomalie veel minder antimaterie dan de bekende extreem energierijke protonen en elektronen, die het leeuwendeel van het stralingsrisico uitmaken. Vermoedelijk is er in de complete Anomalie veel minder dan een nanogram antimaterie aanwezig. Minder dan de energie in een paar liter brandstof.

Bronnen
The discovery of geomagnetically trapped cosmic ray antiprotons, PAMELA team, 2011

Bestond het vorige heelal uit antimaterie?

‘Vorig universum bestond uit antimaterie’

6 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 20 juli 2011

Als materie en antimaterie elkaar afstoten, kan de snelle omzetting van materie in antimaterie in een superzwaar zwart gat er precies uitzien als een Big Bang. Verklaart deze bizarre theorie de raadselachtige inflatie?

Big Crunch
Stel, op een gegeven moment houdt het universum op met uitzetten en begint weer in zichzelf  te storten. Kortom: het Big Crunch scenario. Daar lijkt het overigens niet erg op, het heelal zet juist steeds sneller en sneller uit.  Uiteindelijk wordt het heelal dan een superzwaar zwart gat. De extreme massa van het zwarte gat produceert een extreem sterk zwaartekrachtsveld. Door een zwaartekrachtsversie van het zogeheten Schwinger mechanisme, conmverteert dit zwaartekrachtsveld virtuele deeltjes-antideeltjesparen in echte deeltjesparen. Als het zwarte gat gemaakt is van materie (of juist antimaterie) kan het vol geweld  in een fractie van een seconde, onafzienbare hoeveelheden antideeltjes (resp. deeltjes) uitstoten. De uitbarsting zou veel weg hebben van een Big Bang.

Wat is het Schwinger mechanisme?
Het Schwinger mechanisme,  ontdekt door de vooraanstaande fysicus Julian Schwinger, komt er op neer dat door een extreem sterk elektrisch veld, het vacuüm uiteen wordt getrokken in deeltjes en antideeltjes. Materie uit het “niets” dus. Deze deeltjes hebben onderling een omgekeerde lading, zodat de paren uit elkaar worden getrokken voor de deeltjes elkaar kunnen vernietigen. Het veld valt dus uiteen in een vloedgolf van deeltjes. De deeltjes worden met een vaste snelheid geproduceerd, alleen afhankelijk van de veldsterkte. Check deze Powerpoint presentatie voor meer info. Schwingers artikel is meer dan vijfduizend maal geciteerd.  Desondanks is het Schwinger effect pas onlangs in een experiment aangetoond [1].

 

Big Bang door antimaterie-afstoting?

Bestond het vorige heelal uit antimaterie?
Bestond het vorige heelal uit antimaterie?

De Montenegrijnse natuurkundige Dragan Slavkov Hajdukovic die nu aan het CERN in het Zwitserse Genève werkt,  benadrukt dat hij geen idee heeft of die scenario inderdaad 13,7 miljard jaar geleden plaats heeft gevonden – de vermoedelijke geboortedag van het heelal. In een recent artikel in Astrophysics and Space Science[1], beschreef hij een mechanisme dat materie in antimaterie kan omzetten (en andersom). Het gevolg is een cyclisch universum dat beurtelings wordt beheerst door materie of antimaterie. Het ineenstorten van een materie-gedomineerd universum leidt tot een antimaterie-gedomineerd heelal enzovoort.

Hij denkt dat extreme zwaartekracht dezelfde effecten kan hebben als een extreem sterk elektromagnetisch veld, dus ook deeltjes uit het niets tevoorschijn kan toveren. Hierbij gaat hij overigens voorbij aan het feit dat zwaartekrachtsenergie negatief is. Er is nog een discutabel punt: hij gaat er vanuit dat materie en antimaterie elkaar afstoten. Deze afstoting kan ontstaan uit zwaartekracht (antimaterie zou dan antizwaartekracht uitoefenen) of een niet-zwaartekrachtsgerelateerde oorsprong hebben. Hajducovic denkt aan een afstoting tussen materie en antimaterie die alleen op zeer korte afstand werkt.

Zodra het zwarte gat zich gevormd heeft (d.w.z. op het moment dat er een waarnemingshorizon is ontstaan) zou het gravitationele Schwinger-effect een enorme explosie van materie veroorzaken die het zwarte gat uitstroomt. Dat zou dus op dit punt het karakter hebben van een wit gat. Het gevolg: in de praktijk wordt zo materie in een fractie van een seconde omgezet in antimaterie (of andersom). Hajducovic berekende dat er een onvoorstelbare 10128 kg omgezet kan worden, verschillende ordes van grootte meer dan de totale massa in het universum. Dat ook in een extreem korte tijd: korter dan de door veel theoretici als fundamenteel beschouwde Plancktijd.

Dit scenario heeft twee implicaties. Ten eerste wordt het universum nooit kleiner dan een paar kilometer. De afmeting van het universum na de kosmische inflatie, nu net het meest problematische deel van de kosmologie. Ook geeft dit scenario een  simpele verklaring voor het verschil tussen materie en antimaterie. Er is nu een overmaat aan materie omdat er in het vorige universum een overmaat aan antimaterie was. Net zoals het volgende universum uit antimaterie zal bestaan.

Donkere energie en donkere materie niet meer nodig

Hajducovic wijst erop dat het belangrijk is alternatieven voor de bestaande theorieën te onderzoeken. Zo verklaart het gevierde Standaardmodel en Einsteins algemene relativiteitstheorie donkere materie en donkere energie niet. Samen vormen deze meer dan 95% van het universum. Ook is er volgens hem geen simpel mechanisme dat inflatie verklaart. Hier ben ik het overigens niet mee eens. Kortom: meer hypotheses dan beproefde theorieën. Erg onbevredigend. Hajducovic’s theorie doet daarentegen geen beroep op exotische natuurkunde (afgezien dan van het gravitationele Schwinger-effect, wat me persoonlijk erg onwaarschijnlijk lijkt omdat er deeltjes uit negatieve energie ontstaan, en de al even intuïtief moeilijk verdedigbare zwaartekrachtsafstoting tussen materie en antimaterie. Immers, de energie waar materie en antimaterie uit ontstaan, oefent een positieve zwaartekracht uit. Wel is het uiteraard in theorie mogelijk dat er een ander afstotingseffect bestaat, zoiets als het Pauliverbod (al is ook dat nogal vergezocht).

Hajducovic gaat verder: zo denkt hij dat zwaartekracht leidt tot kwantumpolarisatie van het vacuüm en daardoor tot donkere materie. [3] Hij claimt een opmerkelijke overeenkomst tussen gemeten donkere materie en de voorspellingen van zijn theorie.

Theorie getest

Hij denkt ook dat het mogelijk is om een van zijn uitgangspunten, dat antimaterie wordt afgestoten door zwaartekracht, te toetsen in een experiment. Precies dat gebeurt nu iop het CERN waar hij nu werkt. Het AEGIS-experiment stelt vast of antiwaterstof opstijgt of juist daalt onder invloed van de aardse zwaartekracht. Een andere test komt van de  Ice Cube Neutrino Telescope op Antarctica, die antineutrino’s van de reusachtige zwarte gaten in het centrum van de Melkweg en dat van onze buur, het Andromedastelsel.Een ding is in ieder geval zeker. Als Hajducovic het bij het rechte eind heeft, zullen de gevolgen op de natuurkunde – en dus uiteindelijk op onze maatschappij – groot zijn.

Bronnen
1. Kirk T. McDonald, Positron production by laser light, Princeton dept. of High energy Physics, 1997
2. Dragan Slavkov Hajdukovic. “Do we live in the universe successively dominated by matter and antimatter?” Astrophys Space Sci (2011)
3. Dragan Slavkov Hajdukovic, Is dark matter an illusion created by the gravitational polarization of the quantum vacuum? Astrophysic Space Science, (2011)

De draaiing van de Melkweg sleurt de ruimtetijd om zich heen mee.

‘Draaiing Melkweg veroorzaakt overmaat materie’

2 reacties / Wetenschap / Door / 14 juli 2011

Als materie uit energie ontstaat, ontstaat er altijd precies evenveel materie als antimaterie. Toch is er om ons heen alleen materie en vrijwel geen antimaterie. De vraag waarom, houdt de natuurkunde al sinds bijna een eeuw bezig. Maar misschien is er een onverwachte verklaring. Hebben astrologen misschien toch een beetje gelijk?

Het CP-mysterie
Materie en antimaterie zijn in vrijwel alle opzichten elkaars spiegelbeeld. In Feynmandiagrammen wordt een antimateriedeeltje dan ook voorgesteld als een materiedeeltje dat terug in de tijd reist. Helaas voor de natuurkundigen, gedragen de materie- en de antimaterieversies van kaons en B-mesons zich anders. Materie en antimaterie vallen anders uit elkaar. Deze “lading-pariteitsschending”, of CP-schending, brengt sommige fysici tot wanhoop, maar anderen zijn juist blij met deze ontdekking. Dit kan immers verklaren  waarom meer materie dan antimaterie de geboorte van het universum heeft overleefd.

Frame dragging door de Melkweg

De draaiing van de Melkweg sleurt de ruimtetijd om zich heen mee.
De draaiing van de Melkweg sleurt de ruimtetijd om zich heen mee.

Dr Mark Hadley heeft misschien de verklaring. In een artikel suggereert hij dat onderzoekers geen rekening houden met invloed die de de draaiing van onze melkweg heeft op het uiteenvallen van kosmische deeltjes. Hadley’s theorie is testbaar. Er kan bij bestaande meetresultaten bij de deeltjesdetectoren van CERN en BaBar worden gekeken of de resultaten inderdaad een afwijking vertonen in de richting waarin de Melkweg roteert. Weliswaar is de invloed van de zwaartekracht van de aarde of de zon op ons veel groter dan die van de Melkweg als geheel, maar Hadley gelooft dat wat hier telt, een effect is dat wordt opgewekt door een draaiend zwaar lichaam: frame dragging. Een snel tollend zwaar voorwerp ‘sleept’ ruimtetijd om zich heen mee. De zwaartekrachtssatelliet Gravity Probe B heeft dit zogeheten Lense-Thirring effect, een voorspelling van de algemene relativiteitstheorie, pas kortgeleden aangetoond.

De draaiing van onze Melkweg vervormt onze lokale ruimte ongeveer een miljoen maal sterker dan de nauwelijks meetbare vervorming door de draaiing van de aarde. Het voornaamste verschil tussen de materie- en antimaterieversie van het B-meson is de variatie in de tijd dat de deeltjes uiteen vallen. Als alle bekende waarnemingen van deeltjes en antideeltjes bij elkaar worden opgeteld, blijkt er toch exact dezelfde snelheid van uiteenvallen uit te komen. Hadley denkt dat frame dragging deze effecten veroorzaakt. Als de aarde op het moment van het experiment tegen de draaiing van de Melkweg in beweegt tijdens de meting, heeft dat andere effecten dan als de aarde met het frame dragging effect meebeweegt. De tijd voor de deeltjes lijkt dan, afhankelijk van of het om materie of antimaterie gaat, langzamer of juist sneller te gaan, waardoor ze voor ons langzamer of juist sneller uiteen lijken te vallen.

Een heel wilde speculatie: misschien dat de snel draaiende zwarte gaten in het centrum van melkwegstelsels de ruimte om zich heen zo hebben verstoord, dat ze hebben geleid tot een overmaat aan materie om zich heen.

Eindelijk een testbare theorie
Het mooie aan deze theorie is dat deze vrij eenvoudig is te testen. De tijdstippen en geografische locaties van de labs waar de deeltjes zijn gemeten zijn exact bekend, dus ook hun beweging ten opzichte van de Melkweg. Klopt deze theorie, dan kan de enorme hoeveelheid data die al bekend is, opnieuw worden onderzocht.  Er kan dan worden gekeken of de beweging van het lab ten opzichte van de rotatie van de Melkweg  exact het voorspelde effect heeft.

Frame dragging van  het hele heelal?
En dan is er nog een mogelijkheid. Al eerder beschreven we dat er in ieder geval op het noordelijk halfrond een overmaat aan melkwegstelsels bestaat die een bepaalde richting op tollen. Het zou dus wel eens zo kunnen zijn dat niet alleen ons melkwegstelsel, maar het hele heelal draait. Dat heeft natuurlijk een onvoorstelbaar veel groter frame dragging effect tot gevolg. Het is weer wennen. Eindelijk een natuurkundetheorie die weer heerlijk ouderwets te testen is zonder dat je een deeltjesversneller van hier tot de Kleine Magellaanse Wolk nodig hebt. De snaaraanbidders kunnen dit in hun zak steken.

Ook zullen astrologen in hun vuistje lachen als deze theorie inderdaad overeind blijft. Er is dan namelijk een kosmisch effect aangetoond op alledaagse natuurkunde (al gaan de woeste astrologische theorieën, waarin aangenomen wordt dat de stand van de sterren invloed heeft op ons karakter en onze levensloop, extreem en onverdedigbaar ver).

Maar toch.

Bronnen
1. M.J. Hadley, The asymmetric Kerr metric as a source of CP violation, Europhysics Letters, 95 (2011) 21003 doi:10.1209/0295-5075/95/21003
2. M.J. Hadley, The asymmetric Kerr metric as a source of CP violation, (draft) Arxiv.org (2011)
3. University of Warwick (2011)

Verklaren bizarre unparticles de vreemde metingen in het Tevatron?

‘Unparticle verklaart bizarre Tevatron-metingen’

Laat een reactie achter / Wetenschap / Door / 20 mei 2011

Elastische “unparticles” zouden een glimp van een mysterieus signaal in de deeltjesversneller Tevatron een jaar geleden kunnen verklaren. Dit zou een ​​van de grootste mysteries in de natuurkunde op kunnen lossen: waarom het heelal alleen uit materie bestaat en niet uit evenveel antimaterie.

Waarom is er meer materie dan antimaterie?
Van materie en antimaterie wordt gedacht dat deze in gelijke hoeveelheden zijn ontstaan na de oerknal. Iets heeft er voor gezorgd dat materie veel meer voorkomt dan antimaterie, althans in ons deel van het heelal.

Een mogelijke verklaring is dat sommige fysische processen de vorming van materie bevorderen. Volgens het standaardmodel van de deeltjesfysica, bijvoorbeeld, moeten zogeheten B-mesonen constant schakelen, of mixen, tussen hun materie- en antimaterie vormen. Het is iets gemakkelijker voor een anti-B meson om een normaal B-meson te worden dan omgekeerd, waardoor een onbalans ontstaat. Deze voorkeur voor materie wordt overgedragen aan de deeltjes geproduceerd wanneer B-mesonen vervallen, maar zijn niet groot genoeg om de waargenomen materie-antimaterie asymmetrie te verklaren.

Eerder hebben diverse teams een glimp van asymmetrie opgevangen die zelfs groter dan het standaard model voorspelt. In mei 2010, meldden onderzoekers van het Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois, dat 1% meer B-mesonen dan anti-B mesonen werden geproduceerd in hun deeltjesdetector, de Tevatron (1). Dit is 40 keer groter dan de onbalans voorspeld door het standaard model.

Unparticles: bizarre fractaldeeltjes

Verklaren bizarre unparticles de vreemde metingen in het Tevatron?
Verklaren bizarre unparticles de vreemde metingen in het Tevatron?

Twee aparte groepen stellen nu dat een verklaring voor deze grotere asymmetrie ligt in het unparticle, een hypothetisch object, in 2007 bedacht door Howard Georgi, theoreticus van de Harvard Universiteit. Georgi suggereerde dat schaalinvariantie – die je ziet in fractal-achtige patronen die onveranderd blijven, zelfs wanneer je in-en uitzoomt op verschillende schalen (denk aan de vertakking van bomen en de gekartelde randen van kusten) – ook kan gelden voor afzonderlijke deeltjes. De lading en spin van unparticles staan vast, maar, tegen de intuïtie in, hun massa hangt af van de schaal waarop het deeltje wordt waargenomen.

Dergelijke unparticles kunnen een rol kunnen spelen in een populaire voorgestelde uitbreiding van het standaard model: supersymmetrie. Xiao-Gang Hij en zijn collega’s van Shanghai Jiao Tong University in China berekenen dat unparticles ook B-mesonen beïnvloeden. Dat komt omdat de quantummechanica dicteert dat als ze bestaan, “virtuele” versies ook moeten bestaan. Tijdelijke unparticles zouden in een voortdurend proces ontstaan en wroden vernietigd en dit kan in bepaalde gevallen van invloed zijn  op het gedrag van B-mesonen. En dus verklaren waarom er zo’n sterke symmetriebreking optreedt.  Deze invloed verschillen tussen de B-meson en zijn antimaterie tegenhanger, het zou versterkt de reeds ongelijke mengen voorspeld door het standaard model genoeg zijn om rekening voor de mysterieuze Tevatron-signaal (2).

De elastische massa van de unparticles betekent dat het denkbaar is dat detectie in de Tevatron tot nu toe niet is voorgekomen. Een aparte groep onder leiding van Li is tot een vergelijkbare conclusie gekomen (3). Bruce Hoeneisen, een lid van het Fermilab team dat de B-meson onbalans zag in 2010, zegt dat andere opties, met inbegrip van nieuwe soorten quarks momenteel niet opgenomen in het standaard model, kan de Tevatron-signaal uit te leggen. Hij waarschuwt ook dat de Tevatron het vinden van de bevestiging nodig heeft.

“Ik denk dat dit de geloofwaardigheid van de unparticle-theorie doet stijgen”, zegt Run-Hui Li van Yonsei Universiteit in Seoul, Zuid-Korea, de leider van een van de twee teams die de link voorstellen.

Bronnen

1. V.M. Abazov et al., Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry, ArXiv
2. Bo Ren, Xiao-Gang He en Pei-Chu Xie, Large dimuon asymmetry in B-anti B-meson mixing from unparticle induced Gamma 12,s, Phycics Review Letters B
3. Chuan-Hung Chen, C. S. Kim and Run-Hui Li, Charge and CP asymmetries of Bq meson in unparticle physics, ArXiv

In de ALPHA detector wordt eerst met heel veel gepriegel antiwaterstof gemaakt. Vervolgens wordt het goedje losgelaten. Boem...

Valt antimaterie nou wel of niet?

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 5 mei 2011

Volgens een buitenissige theorie van de theoretisch natuurkundige Villata stoten materie en antimaterie elkaar af. Om voor eens en voor altijd er achter te komen wie gelijk heeft, is nu op het CERN een proef ingezet met meer dan driehonderd atomen antiwaterstof.

Materie en antimaterie
Antimaterie is als het ware normale materie in spiegelbeeld. Het antiproton, bijvoorbeeld, is niet positief maar negatief geladen. Het anti-elektron, het positron, juist positief. Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten, ontstaat een enorme explosie (bij één gram antimaterie zo groot als de atoombom op Hiroshima) en worden beiden in straling omgezet. Volgens de gangbare natuurkundige theorieën bestaat er maar één vorm van de zwaartekracht, waarbij deze aantrekkend werkt. Villata denkt daar anders over. Volgens hem stoten materie en antimaterie elkaar af en zet het heelal zo snel uit omdat onzichtbare brokken antimaterie de materie van onze melkwegstelsels afstoten.

In de ALPHA detector wordt eerst met heel veel gepriegel antiwaterstof gemaakt. Vervolgens wordt het goedje losgelaten. Boem...
In de ALPHA detector wordt eerst met heel veel gepriegel antiwaterstof gemaakt. Vervolgens wordt het goedje losgelaten. Boem...

Antiwaterstof wegen
Als er een theoretisch meningsverschil is, zit er maar één ding op: een experiment inzetten. In dit geval is dat het wegen van antimaterie. Dat is extreem ingewikkeld. Je moet immers voorkomen dat de antimaterie-atomen gewone materie raken, want dan vernietigen ze elkaar. Vandaar dat natuurkundigen het pas nu aankunnen.

De versnellersring die doorgaans dienst doet om de protonenkraker in het CERN van antimaterie te voorzien, wordt nu gebruikt om een grote voorraad antiprotonen en positronen te fabriceren. Meer dan driehonderd atomen van de gemakkelijkst te vervaardigen vorm van antimaterie, antiwaterstof, worden gekoeld in een complexe meetomgeving. Omdat anti-atomen elektrisch neutraal zijn, kan je ze niet zoals bijvoorbeeld geladen deeltjes vangen in een magneetveld. Als antiprotonen en positronen bij elkaar vormen, vormen ze een atoom. Hierbij komt behoorlijk veel energie vrij, waardoor het atoom snel gaat bewegen. In de ALPHA-detector worden eerst de positronen en anti-protonen elk gekoeld en gevangen in een elektrisch veld. Vervolgens worden ze zeer subtiel met elkaar in contact gebracht, zodat de antiwaterstof niet weglegt uit het octopole magnetische veld (ja, inderdaad, met acht noord- en zuidpolen).

Vervolgens worden de magnetische velden uitgeschakeld. De antiwaterstofatomen drijven weg. Zijn ze onderhevig aan zwaartekracht, dan drijven ze naar beneden, anders naar boven. Met detectors kan gemeten worden waar ze ontploffen. Ter geruststelling: de ontploffingen zijn maar heel klein, het gaat immers maar om een enkel atoom. Hiermee zal dan een dringende vraag beantwoord zijn.  Binnen enkele maanden weten we of Villata een fantast is of een visionair…

Bekijk hoe ALPHA werkt

Bronnen
Confinement of Antihydrogen for 1,000 seconds (ALPHA collaboration, ArXiv, 2011)
Antihydrogen trapped for 1000 seconds (MIT technology Review ArxivBlog)
ALPHA Antihydrogen project

Zouden de enorme bellen in ons universum veroorzaakt worden door antimaterie?

‘Antimaterie oefent antizwaartekracht uit’

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door / 19 april 2011

Materie kent een spiegelbeeldvorm:  antimaterie. Tot nu toe werd gedacht dat er maar één soort zwaartekracht bestaat die altijd aantrekt. Volgens een nieuwe theorie van de Italiaan Villata oefent antimaterie een afstotende kracht uit op materie. Heeft de man gelijk en verklaart dit de uitzetting van het heelal? Of maakt hij een enorme denkfout?

Zware massa en trage massa
Massa heeft twee eigenschappen die op mysterieuze wijze met elkaar samenhangen: traagheid en zwaarte. Het kost tien keer zoveel energie om een tien keer zo zware massa in beweging te krijgen (de traagheid). Een tien keer zo zware massa oefent ook een tien keer zo sterke kracht uit op bijvoorbeeld een weegschaal (de zwaarte). Einstein maakte gebruik van deze eigenschap om het equivalentieprincipe te formuleren: trage massa=zware massa. Hieruit volgen weer de speciale en de algemene relativiteitstheorie.

Materie en antimaterie
Antimaterie werd ooit door kwantummechanica-grootheid Paul Dirac voorspeld als gaten in de Diraczee. Hoewel de Diraczee als concept nu minder populair geworden is, bleken het positron en andere antideeltje die hij voorspelde werkelijk te bestaan. In feite heeft elke deeltje zijn antideeltje en ook een positieve energie. Dus als materie en antimaterie elkaar ontmoeten ontstaat een felle ontploffing waarbij heel veel fotonen vrijkomen, niet een niets.

Zouden de enorme bellen in ons universum veroorzaakt worden door antimaterie?
Zouden de enorme bellen in ons universum veroorzaakt worden door antimaterie?

“Antimaterie veroorzaakt uitzetting heelal”
Volgens het standaardmodel bestaat er een belangrijke symmetrie in de natuur: CPT-symmetrie. Dat houdt in dat als je de lading omkeert, de pariteit omkeert (m.a.w. spiegelt) en de tijd omkeert, er antideeltjes ontstaan. Dit gebeurt ook met antimaterie: deze gedraagt zich als materie die terug in de tijd reist.
In zijn artikel stelt Villata dat als de CPT-pariteit wordt gecombineerd met de algemene relativiteitstheorie, hieruit logisch volgt dat de richting van de zwaartekracht wordt omgedraaid als materie wordt veranderd in antimaterie. Met andere woorden: antimaterie trekt andere antimaterie aan (zoals materie andere materie aantrekt), maar materie en antimaterie stoten elkaar af. Villata maakt hiervan gebruik om de uitzetting van het heelal te verklaren en zo komaf te maken met de beruchte donkere energie.
In wat wij nu waarnemen als de lege zeepbelachtige ruimtes tussen melkwegclusters zouden zich grote ijle wolken antimaterie bevinden die de materie in de melkwegstelsels afstoten.

Waarom Villata vermoedelijk geen gelijk heeft
Villata’s theorie laat toe dat de voor natuurkundigen heilige wet van behoud van energie wordt geschonden en wel als volgt. Stel je hebt een hoeveelheid materie die als een schil om een bolvormige, gelijke hoeveelheid antimaterie heen zit. Per saldo moet volgens Villata het zwaartekrachtsveld hiervan nul zijn: de negatieve zwaartekracht van de antimaterie heft precies de positieve zwaartekracht van de materie op (een variant op de schilstelling). Stel, materie en antimaterie vernietigen elkaar vervolgens. Wat ontstaat is een positief zwaartekrachtsveld (volgens Einstein oefent ook energie zwaartekracht uit). Uit het niets.

Dit betekent een energieverlies voor deeltjes die zich plotseling in dit zwaartekrachtsveld bevinden (het kost immers energie om aan zwaartekracht te ontsnappen). Villata kan hier mogelijk tegenoverstellen dat het volgens zijn theorie energie kost om materie en antimaterie op elkaar te persen (zoals in de bol met schil gebeurt), maar dit maakt de zaak nog erger. Dit is immers positieve energie. Mocht uit het komende AEGIS experiment op het CERN, waarbij de zwaartekrachtseffecten op antimaterie worden gemeten, blijken dat Villata gelijk heeft en dat zwaartekracht inderdaad afstotend werkt op antimaterie, dan staat een groot deel van de natuurkunde op losse schroeven.

Bronnen
Physorg
Arxiv
IOPScience

De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?

Deeltjessatelliet gaat op jacht naar antimaterie en strange matter

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 16 april 2011

Bestaat de rest van het heelal wel uit protonen, neutronen en elektronen, het spul waar de aarde en wijzelf uit bestaan? Dat is verre van zeker, volgens veel natuurkundigen. NASA lanceert nu de satelliet Alpha Magnetic Spectrometer om op zoek te gaan naar zaken als ‘strange’ materie, antimaterie en donkere materie.

De AMS kende een droevige geschiedenis. Het apparaat zou aan boord van de Space Shuttle worden gelanceerd en op het internationale ruimtestation ISS worden geïnstalleerd om daar op jacht te gaan naar deeltjes. Helaas werd na de ramp met het ruimteveer Columbia in 2003 deze vlucht afgelast, waardoor  de satelliet enkele jaren in een werkplaats dreigde te verstoffen. Nu hebben enkele ontdekkingen en recente theoretische ontwikkelingen alsnog goede redenen gegeven de satelliet alsnog te lanceren.

De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?
De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?

Antimaterie
Materie kent een spiegelbeeldvariant: antimaterie. Als materie en antimaterie elkaar raken, vernietigen ze elkaar in een felle explosie. Een gram antimaterie staat gelijk aaan de explosieve kracht van de Hiroshima-bom.Volgens de gangbare theorieën is alle antimaterie vernietigd vlak na de Big Bang en bleef er een klein restje materie over waaruit zich sterren en planeten zoals de aarde vormden.
Volgens sommigen zijn er ergens in het heelal nog grote hoeveelheden antimaterie. In het zonnestelsel in ieder geval gelukkig niet, anders hadden we geregeld een grote explosie waargenomen. De AMS gaat op zoek naar deeltjes antihelium. Worden die waargenomen, dan weten we dat er ergens out there grote hoeveelheden antimaterie moeten bestaan. Ongetwijfeld kan daar weer een leuk doomsday wapen van gebrouwen worden. Met een lucifersdoosje een complete stad kunnen opblazen, is voor de gemiddelde generaal waarschijnlijk een onweerstaanbaar vooruitzicht.

Strange matter
Protonen en neutronen, de kerndeeltjes waar wij (met elektronen) uit bestaan, zijn uit twee soorten quarks opgebouwd: up en down (een positief proton is met twee upquarks en een downquark vrolijker dan een neutraal neutron, dat uit twee downquarks en een upquark bestaat). Er zijn echter (voor zover we weten) zes quarks, naast de up- en downquark zijn dat de veel zwaardere ‘strange’  en ‘charm’ quarks, de tweede generatie en de derde generatie, de extreem zware top quark en bottom quark. Deze zware quarks vallen zeer snel uit elkaar. En, uiteraard, heeft elke quark ook zijn antiquark.

Volgens een theorie van de Deen Jes Madsen van de Aarhus Universiteit in Denemarken bestaat er ‘strange’ materie: druppels materie dus waar ‘strange’ quarks in voorkomen en is deze stabieler dan onze standaard materie.  Klopt dit, dan zouden we uiteindelijk op ‘vreemde’ wijze eindigen en bestaan bijvoorbeeld neutronensterren voornamelijk uit strange materie. Inderdaad werden door een prototype deeltjesdetector aan boord van de Space Shuttle in 1998 vreemde deeltjes waargenomen met de lading van een heliumkern (twee eenheden positief dus) maar de massa van een zuurstofkern of ijzerkern. Precies de deeltjeseigenschappen die strange matter ook zou vertonen, stelt Jensen. Strange matter kan ook de aanwezigheid van donkere materie verklaren, vermoedt hij.

Neutralino’s
Uit de vruchtbare geest van theoretisch natuurkundigen is ook een andere kandidaat voor donkere materie ontsproten: het neutralino. Neutralino’s worden voorspeld door supersymmetrie (en dus snaartheorie) en zijn (als ze bestaan) Majoranadeeltjes: deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn.  Het gevolg: als twee neutralino’s elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar, waarbij een elektron en een positron (antimaterie-elektron) vrijkomen.   Als deze twee elkaar vernietigen ontstaat gammastraling met een karakteristieke golflengte. De deeltjesdetector PAMELA, aan boord van een Russische satelliet, vond hier reeds aanwijzingen voor. Niet één positron op de tienduizend elektronen in kosmische straling, maar een op de honderd. Er moet dus een verborgen positronbron zijn. Dit zouden neutralino’s kunnen zijn, maar merkwaardig genoeg bleken antiprotonen wel uiterst zeldzaam (1:10.000), wat hiermee in strijd is. Ook hiernaar moet de deeltjesdetector op jacht gaan.

Het kan zijn dat PAMELA de antiprotonen niet detecteerde omdat ze teveel energie hebben. Een sterkere magneet (zoals aan boord van AMS) laat geladen deeltjes kleinere cirkels draaien, waardoor ook energierijke deeltjes kunnen worden gedetecteerd. Helaas zijn de plannen om een supergeleidende, met helium gekoelde magneet aan boord te krijgen niet gelukt. Het heliumverbruik bleek door warmtelekken te groot. Een langere missieduur moet dit nu compenseren. Mogelijk kunnen zo de eventuelee snelle antiprotonen – of andere, nog vreemdere deeltjes – alsnog worden gedetecteerd en weten we eindelijk waar donkere materie uit bestaat.

Bron
New Scientist
AMS-02

Antihelium-4 werd gevormd door een miljard goudatoomkernen op elkaar te beuken.

Antihelium geproduceerd

5 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 22 maart 2011

Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten ontstaat er een enorme explosie. Bestaan er grote hoeveelheden antimaterie in het heelal? Als dat zo is, weten we nu hoe we dat uit kunnen vinden.

Antihelium-4 werd gevormd door een miljard goudatoomkernen op elkaar te beuken.
Antihelium-4 werd gevormd door een miljard goudatoomkernen op elkaar te beuken.

Naast materie bestaat er ook antimaterie. Voorspeld door kwantumgrootheid Paul Dirac als een ‘gat’ in de Diraczee van elektronen, was het positron, een anti-elektron, het eerste antimateriedeeltje ooit dat is ontdekt. De Diraczee wordt nu als model wat minder elegant gevonden, maar het positron bleek een blijvertje. Er volgden snel meer ontdekkingen: ook protonen en neutronen blijken antimaterie-tegenhangers te hebben. Antiprotonen en antineutronen zijn opgebouwd uit antiquarks. Er bestaan ook antineutrino’s. Het foton is zijn eigen antideeltje.

Totale vernietiging
Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar totaal. Letterlijk alle massa wordt compleet omgezet in energie in de vorm van elektromagnetische straling. Zelfs bij kernfusie, het energierijkste proces dat we in de praktijk kennen, wordt ‘maar’ 0,7% van alle massa in energie omgezet. Als één gram materie en antimaterie in energie wordt omgezet, komt evenveel energie vrij als bij de kernexplosie in Hiroshima.

Anti-atomen
Uit antimateriedeeltjes zijn atomen te bouwen, waarin positronen met antiprotonen (en eventueel antineutronen in de kern) een atoom vormen. Het kost extreem veel energie om antimaterie te produceren. Als gevolg hiervan zijn antimateriedeeltjes extreem heet en is het zeer lastig om ze samen te laten voegen tot atomaire materie. Het is in 2010 gelukt met antiwaterstof, bestaande uit een antiproton met een positron.

Antihelium: zeer lastig te fabriceren, toch geslaagd
Antimaterie moet letterlijk vanaf de basis, kerndeeltje bij kerndeeltje, worden opgebouwd. Vooral twee geladen antiprotonen bij elkaar brengen is extreem lastig. Antihelium bestaat uit twee antiprotonen en twee antineutronen. Met “gewone” materie is dit al uiterst lastig – de reden dat kernfusie nog steeds niet als energiebron kan worden gebruikt.

Dus werd door de onderzoekers besloten domweg uiterst bruut geweld toe te passen. Helaas kost elk extra antiproton of antineutron in een antimateriekern die op deze manier wordt vervaardigd, duizend keer zoveel energie.
Een miljard goudkernen werd met bijna de lichtsnelheid (een energie van 200 miljard elektronvolt per goudkern) op elkaar gebeukt in de Relativistic Heavy Ion Collider van het Amerikaanse onderzoekslaboratorium Brookhaven. Het brute geweld had resultaat: achttien antihelium-4 kernen. Daardoor weten we dat antihelium bestaat en hoe het zich fysisch gedraagt.

Sterren van antimaterie?
Dat laatste is belangrijk. Volgens sommige (overigens niet erg populaire) theorieën bevinden zich elders in het heelal grote concentraties antimaterie. De aanwezigheid hiervan zou je kunnen vaststellen uit kosmische straling. We weten nu dat antihelium-4 bestaat en dat het een biljoen maal minder voor moet komen dan antiwaterstof, als er in dit heelal alleen materie op grote schaal voorkomt.

Bestaan er ook antimateriesterren en -planeten, dan moet deze verhouding in de kosmische straling hoger zijn, want ongeveer een kwart van alle massa in atomen is helium. Dat zou ook voor antimaterie gelden. Het bestaan van grote hoeveelheden antimaterie zou kosmologisch en natuurkundig grote consequenties hebben. Ook weten we dan in de verre toekomst waar we aan werkelijk onvoorstelbare hoeveelheden energie kunnen komen.

Bronnen
ArXiv
ArXiv Blog