neutron

In theorie is het mogelijk dat deeltjes van ons universum naar een ander universum reizen, aldus enkele natuurkundigen. En nog meer goed nieuws: de technologie om dit idee uit te testen is nu al beschikbaar. Hoe groot zijn de kansen dat we een bezoek kunnen brengen aan een ander heelal?

Multiversum
Veel natuurkundigen nemen aan dat ons heelal deel uit maakt van een veel uitgebreidere multidimensionale ruimte. Een fascinerend idee. Hoe zou het leven zijn in een ander heelal, waar de natuurwetten waarschijnlijk anders zijn dan hier? Het idee is niet zuiver science fiction. In feite zijn er zelfs een aantal goede argumenten om aan te nemen dat ons heelal niet het enige is. Neem bijvoorbeeld de natuurconstanten die nauwkeurig af moeten zijn gesteld om leven mogelijk te maken. Ons heelal is dan een van de weinige ‘levende’ heelallen in het multiversum.

Snaartheoretici geloven in het bestaan van een meerdimensionale ruimte, waar ons driedimensionale (plus tijddimensie) heelal in ronddobbert, in snaarjargon braanwerelden. Ons heelal is dan een 3-braan. Een van de mogelijkheden die voortvloeien uit deze (overigens omstreden, want nog niet door experimenten getoetste) theorie is dat soms deeltjes uit ons universum naar een ander universum kunnen reizen. Dat zou letterlijk het best denkbare nieuws zijn. Immers: als wij mensen kunnen ontsnappen uit dit heelal, zouden we de dood van het heelal kunnen overleven.

‘Materie springt naar ander heelal’
Een aantal jaren geleden toonde Michael Sarrazin van de Belgische universiteit van Namen met een aantal anderen aan hoe materie deze sprong naar een ander heelal kon maken als er een sterk magnetisch potentieel aanwezig is. Althans: als de snaartheorie juist is. Nu gaat Sarrazin verder. Hij stelt dat het Melkwegstelsel een voldoend groot magnetisch potentieel opwekt om dit ook echt plaats te laten vinden. We bevinden ons in het Melkwegstelsel, dus als dat zo is, moeten we  in staat zijn materie op heterdaad te betrappen in een lab. Sterker nog: misschien hebben andere onderzoekers deze spookachtige gebeurtenissen al waargenomen zonder dat ze dat doorhadden.

IJskoude verdwijntruc van neutronen
De experimenten in kwestie zijn experimenten met ultrakoude neutronen: bij hogere energie treedt het effect nauwelijks op. Neutronen vormen samen met protonen atoomkernen. Zonder protonen vallen neutronen na gemiddeld iets minder dan vijftien minuten radioactief uiteen in een proton, elektron (+ elektron-antineutrino):  bèta-emissie. Alle radioactieve processen waarbij elektronen vrijkomen heten bèta-emissie; alfastraling bestaat uit heliumkernen en gammastraling uit extreem krachtige lichtdeeltjes (fotonen)). Neutronen bewegen bij zeer lage temperaturen zo langzaam, dat het mogelijk is ze te vangen in een ‘fles’ van magnetische velden, normale materie of zelfs de zwaartekracht. Deze experimenten vinden onder meer plaats in het Institut Laue Langevin in Grenoble, Frankrijk, en het St. Petersburg Institute of Nuclear Physics in Rusland, bijvoorbeeld om de bèta-emissie te bestuderen. Fysici meten hoe vaak de neutronen de wanden van de flessen raken en hoe snel de vervalsnelheid terugloopt.

Ander universum
Voor deze afname in vervalsnelheid zijn twee processen verantwoordelijk. De (bekende) snelheid waarmee neutronen uiteen vallen en de snelheid waarmee neutronen ontsnappen aan de fles. In het geval van de ideale, volmaakt afgesloten fles moet de vervalsnelheid gelijk zijn aan de bekende bèta-vervalsnelheid. De flessen zijn niet ideaal dus is de vervalsnelheid altijd groter dan de bètavervalsnelheid. Er is echter nog een derde proces denkbaar dat leidt tot het verdwijnen van neutronen, aldus Sarrazin. Het weglekken van neutronen naar een ander universum. Sarrazin en zijn groep hebben nu de meetresultaten van verschillende experimenten doorgespit om een bovenlimiet op dit proces vast te stellen. Deze ligt onder één op de miljoen. Erg vaak komt het weglekken van materie dus niet voor. Als het al voorkomt.

Een jaar neutronen vangen
De groep-Sarrazin geeft echter niet op en denkt dat de grens zelfs nog strikter gesteld kan worden. Een verandering in de zwaartekrachtspotentieel zou, stellen ze, ook de snelheid van  materieverval moeten beïnvloeden. Hun voorstel: gedurende een jaar neutronen vangen en gevangen houden, zodat de aarde tijdens het experiment één omloop rond de zon afgelegd heeft. Als een seizoenseffect wordt aangetoond, zou dit een sterke aanwijzing zijn dat inderdaad neutronen geregeld een ommetje maken naar een ander heelal. Er zijn ook andere verklaringen denkbaar, interactie met donkere materie bijvoorbeeld, maar hoe dan ook: als dit seizoenseffect wordt aangetoond, zou dit betekenen dat onze bestaande natuurkunde incompleet is. En het mooie is: dit kan eenvoudig met de technieken die we nu hebben. Ik zeg: gewoon doen. Dan maar een “humanitaire” oorlog minder. Voor wat we daarmee besparen kunnen we honderden van dit soort grensverleggende experimenten doen.

Bron
Sarrazin et al., Experimental Limits On Neutron Disappearance Into Another Braneworld, ArXiv (2012)