Twee van de grootste doorbraken in de fysica van het afgelopen decennium zijn de ontdekking dat piekerige subatomaire deeltjes, neutrino's genaamd, eigenlijk een kleine hoeveelheid massa hebben en de detectie dat de uitdijing van het heelal de snelheid opvoert.
Nu suggereren drie natuurkundigen van de Universiteit van Washington dat de twee ontdekkingen integraal met elkaar zijn verbonden via een van de vreemdste kenmerken van het universum, donkere energie, een koppeling die volgens hen kan worden veroorzaakt door een voorheen niet herkend subatomair deeltje dat ze de 'versneller' noemen.
Donkere energie was verwaarloosbaar in het vroege universum, maar is nu goed voor ongeveer 70 procent van de kosmos. Het begrijpen van het fenomeen zou kunnen helpen verklaren waarom op een dag, lang in de toekomst, het universum zo sterk zal uitzetten dat er geen andere sterren of sterrenstelsels zichtbaar zullen zijn in onze nachtelijke hemel, en uiteindelijk zou het wetenschappers kunnen helpen onderscheiden of uitbreiding van het universum zal doorgaan voor onbepaalde tijd.
In deze nieuwe theorie worden neutrino's beïnvloed door een nieuwe kracht als gevolg van hun interacties met accelerons. Donkere energie ontstaat wanneer het universum neutrino's uit elkaar probeert te trekken, wat zo'n spanning oplevert in een uitgerekte rubberen band, zei Ann Nelson, een professor in natuurkunde. Die spanning voedt de uitbreiding van het universum, zei ze.
Neutrino's worden gecreëerd door de biljoenen in de nucleaire ovens van sterren zoals onze zon. Ze stromen door het universum en miljarden gaan elke seconde door alle materie, inclusief mensen. Naast een minuscule massa hebben ze geen elektrische lading, wat betekent dat ze weinig of geen interactie hebben met de materialen die ze passeren.
Maar de interactie tussen versnellers en andere materie is nog zwakker, zei Nelson, en daarom zijn die deeltjes nog niet gezien door geavanceerde detectoren. In de nieuwe theorie vertonen acceleronen echter een kracht die neutrino's kan beïnvloeden, een kracht die volgens haar kan worden gedetecteerd door een verscheidenheid aan neutrino-experimenten die al over de hele wereld actief zijn.
“Er zijn veel modellen van donkere energie, maar de tests zijn meestal beperkt tot kosmologie, met name het meten van de mate van uitdijing van het heelal. Omdat het hierbij gaat om het observeren van zeer verre objecten, is het erg moeilijk om een dergelijke meting nauwkeurig uit te voeren, ”zei Nelson.
'Dit is het enige model dat ons een zinvolle manier geeft om experimenten op aarde uit te voeren om de kracht te vinden die donkere energie opwekt. We kunnen dit doen met bestaande neutrino-experimenten. ”
De nieuwe theorie wordt naar voren gebracht in een paper van Nelson; David Kaplan, ook een hoogleraar natuurkunde; en Neal Weiner, een UW-onderzoeker in de natuurkunde. Hun werk, gedeeltelijk ondersteund door een subsidie van het Amerikaanse Department of Energy, wordt gedetailleerd beschreven in een paper dat wordt geaccepteerd voor publicatie in een aankomend nummer van Physical Review Letters, een tijdschrift van de American Physical Society.
De onderzoekers zeggen dat de massa van een neutrino kan veranderen naargelang de omgeving waar hij doorheen gaat, op dezelfde manier verandert het uiterlijk van licht, afhankelijk van of het door lucht, water of een prisma reist. Dat betekent dat neutrinodetectoren enigszins verschillende bevindingen kunnen doen, afhankelijk van waar ze zich bevinden en wat hen omringt.
Maar als neutrino's een onderdeel zijn van donkere energie, suggereert dat het bestaan van een kracht die afwijkingen tussen de verschillende experimenten zou verzoenen, zei Nelson. Het bestaan van die kracht, bestaande uit zowel neutrino's als versnellers, zal de uitbreiding van het universum blijven voeden, zei ze.
Natuurkundigen hebben bewijsmateriaal gezocht dat zou kunnen uitwijzen of het universum voor onbepaalde tijd zal blijven uitbreiden of abrupt tot stilstand zal komen en in zichzelf zal instorten in een zogenaamde 'grote crisis'. Hoewel de nieuwe theorie geen 'grote crunch' voorschrijft, zei Nelson, betekent het wel dat de uitbreiding op een gegeven moment niet meer sneller zal worden.
"In onze theorie zouden de neutrino's uiteindelijk te ver uit elkaar komen en te massief worden om nog meer te worden beïnvloed door het effect van donkere energie, dus de versnelling van de expansie zou moeten stoppen", zei ze. "Het universum kan blijven uitbreiden, maar in een steeds kleiner wordend tempo."
Oorspronkelijke bron: University of Washington News Release
