lense-thirring effect

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

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)