neutrino

Raadselachtige hitteproductie in de aarde

Uit metingen blijkt dat er maar liefst zo’n 44 terawatt aan warmte in de aarde wordt geproduceerd, 2,5 maal zoveel als alle mensen samen gebruiken. En dat is maar goed ook, want dankzij die warmte is er vulkanisme en is de aarde geen dode planeet zoals Mars. Maar waar komt deze warmte vandaan? Ongeveer de helft is namelijk niet te verklaren uit de gangbare bronnen.

De aarde als natuurlijke kerncentrale

De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.

Volgens de gangbare theorieën wordt de aarde warm gehouden door het radioactieve verval van elementen als uranium, thorium (beide zijn in alle vormen radioactief) en de radioactieve kaliumsoort kalium-40. Er is alleen een probleem. Dieper dan een kilometer of tien zijn we niet gekomen. Uit gesteenten van vulkanische oorsprong weten we ongeveer hoe de aardmantel er uit ziet, maar de kern is bijna geheel terra incognita.
Gelukkig is er iets dat zonder problemen door duizenden kilometers rots heen kan bewegen. Neutrino’s. Dus besloot een groepje Japanse onderzoekers om op neutrinojacht te gaan met de neutrinodetector Kamioka Liquid-scintillator Antineutrino Detector (KamLAND). Hiermee kunnen antineutrino’s uit de aarde, door de onderzoekers geoneutrino’s genoemd, worden waargenomen.

Onbekende warmtebron
De eerste waarnemingen, uit 2005, bevestigden nauwkeurig wat al gedacht werd over de samenstelling van de radioactieve elementen en hun verdeling in de aarde. Meer dan vijf jaar later is duidelijk dat hun radioactiviteit niet voldoende is om alle warmte te verklaren. Radioactiviteit verklaart ongeveer de helft van alle warmte. Uranium 8 terawatt, thorium ook 8 terawatt en kalium-40 4 terawatt. Overige radioactieve stoffen leveren drie terawatt, samen ongeveer de helft dus. Er moet nog een andere bron van energie zijn die verklaart wat de aarde warm houdt. Voor een deel kan dit door afkoeling komen, wat de onderzoeker denken[1], of door andere, nog onbekende processen.

Bronnen
1. KamLAND Collaboration, Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements, Nature Geoscience (2011)
2. What keeps the Earth cooking? – physorg.com (2011)

‘LHC is eerste tijdmachine’

Toegegeven: je moet er voor in de snaartheorie en Higgsdeeltjs geloven, maar de theorie van fysici Tom Weiler en Choi Man Ho is, als deze klopt, baanbrekend: de enorme versneller LHC zou de eerste tijdmachine ter wereld zijn. Voor steriele neutrino’s, althans.

Treurig snarenspel
Het gaat niet echt goed met de snaartheorie. Ooit bejubeld als de theorie van alles, heeft de theorie in de veertig jaar dat deze bestaat, een indrukwekkende brij aan wiskundige formules opgeleverd, maar weinig concrete, toetsbare resultaten. Ook met het vinden van het Higgsdeeltje, met de bombastische bijnaam The God Particle, wil het niet vlotten. Zelfs het gecombineerde geweld van het Tevatron en de Large Hadron Collider, de twee grootste versnellers ter wereld, heeft nog geen levensteken van het Higgsdeeltje opgeleverd.

Tijdreizen
De theorieën uit het snaarkamp blijven niettemin nog steeds even woest.

Tijdreizen. Zal het ooit lukken? Volgens twee snaartheoretici doen we het al...

Het nieuwste bedenksel, uit de koker van neutrino-onderzoekers en snaartheoretici Tom Weiler en Chiu Man Ho, is, moet eerlijk toegegeven worden, spectaculair en visionair wat betreft de reikwijdte. Een groot deel van de tijd is de LHC bezig protonen zo hard tegen elkaar te beuken dat er biljoenen elektronvolt aan energie vrijkomt. Dat levert een ware regen aan deeltjes op, waartussen, hopen de LHC-experimentatoren, het langverwachte Higgsdeeltje zit (volgens de laatste schattingen moet de massa van het Higgsdeeltje rond de 0,1-0,2 TeV liggen, dat is een paar procent van wat de LHC maximaal aan energie op kan wekken). Het Higgsdeeltje kan verklaren waarom deeltjes massa hebben, vinden de Higgs-gelovigen, doordat het zou kleven aan alle deeltjes waarvan de massa is gemeten.

Je grootvader vermoorden kan niet, een boodschap sturen wel
Volgens sommige varianten van de snaartheorie komt er bij de botsingen zoals in het LHC, naast het hypothetische Higgsdeeltje, ook een Higgs singlet vrij. Volgens Weiler en Ho kunnen deze singlets zowel terug als vooruit in de tijd reizen via een vijfde dimensie. Het Higgs singlet zou alleen op de zwaartekracht reageren. Daarom is het onmogelijk om met dit Higgsdeeltje terug te reizen in de tijd en, bijvoorbeeld, je grootvader te vermoorden (of een overleden popster, als je je doodergert aan zijn muziek), stelt Weiler. Wel kunnen volgens hem wetenschappers boodschappen naar het verleden sturen (wat uiteraard ook moordinstructies op je grootvader kunnen zijn. Foutje, bedankt).

Neutrino’s sneller dan het licht
Weiler begon zich in tijdreizende deeltjes te verdiepen toen hij op bepaalde neutrino-anomalieën stuitte. Hij kon die, stelt hij, verklaren door aan te nemen dat er steriele neutrino’s door een extra vijfde dimensie sneller dan het licht bewogen. Als je je referentieframes slim kiest, betekent sneller dan het licht reizen in bepaalde gevallen: terug in de tijd reizen.  Neutrino’s zijn als uiterst ongrijpbaar sowieso al berucht onder experimentatoren: neutrinotelescopen zijn extreem grote bassins waar uiterst gevoelige detectoren signalen in proberen te vinden. Steriele neutrino’s zijn hypothetische neutrino’s die alleen door hun zwaartekrachtsinvloed te detecteren zijn. Kortom: het zou nog wel eens heel lang kunnen duren voor de mooie theoretische bedenksels van beide heren dor middel van een experiment kunnen worden getoetst…

Bronnen
Science Daily
Arxiv.org

Dutch