- Geschreven door Pallab Ghosh
- Wetenschapsverslaggever
Afbeeldingsbron, Victor de Schwanberg/Wetenschappelijke beeldbank
Kunstwerk: Spookdeeltjes zijn momenteel niet detecteerbaar
Sommige natuurkundigen hebben lang vermoed dat mysterieuze ‘spookachtige’ deeltjes in de wereld om ons heen ons begrip van de ware aard van het universum enorm zouden kunnen vergroten.
Nu denken wetenschappers dat ze een manier hebben gevonden om te bewijzen of het bestaat of niet.
Het Europese Centrum voor Deeltjesonderzoek, CERN, heeft een experiment goedgekeurd dat bedoeld is om er bewijs voor te vinden.
Het nieuwe instrument zal duizend keer gevoeliger zijn voor dergelijke deeltjes dan eerdere apparaten.
Het zal deeltjes op een vast oppervlak slaan om ze te detecteren in plaats van ze tegen elkaar te detecteren, zoals het belangrijkste instrument van CERN, de Large Hadron Collider (LHC).
Dus wat zijn deze spookdeeltjes en waarom was een nieuwe aanpak nodig om ze te detecteren?
De huidige theorie van de deeltjesfysica wordt het Standaardmodel genoemd.
Deze theorie stelt dat alles in het universum bestaat uit een familie van 17 deeltjes – bekende deeltjes zoals het elektron en het Higgsdeeltje – plus de minder bekende maar prachtig genoemde charm-quark, het tau-neutrino en het gluon.
Sommige worden in verschillende combinaties gemengd om de grotere, maar nog steeds ongelooflijk kleine deeltjes te vormen waaruit de wereld om ons heen bestaat, evenals de sterren en sterrenstelsels die we in de ruimte zien, terwijl andere betrokken zijn bij de krachten van de natuur.
Maar er is een probleem: astronomen hebben dingen aan de hemel waargenomen – de manier waarop sterrenstelsels bewegen bijvoorbeeld – die er sterk op wijzen dat wat we kunnen waarnemen slechts ongeveer vijf procent van het universum uitmaakt.
Sommige, of zelfs de hele rest van het universum, zouden uit ‘stealth’ of ‘verborgen’ deeltjes kunnen bestaan. Men denkt dat ze spookachtige tegenhangers zijn van de 17 deeltjes in het Standaardmodel.
Als ze bestaan, zijn ze heel moeilijk te detecteren, omdat ze zelden interactie hebben met de wereld zoals wij die kennen. Net als geesten gaan ze rechtstreeks door alles heen en kunnen ze door geen enkel aards apparaat worden gedetecteerd.
Maar de theorie is dat spookdeeltjes in zeer zeldzame gevallen kunnen vervallen tot standaardmodeldeeltjes en kunnen worden opgepikt door detectoren. De nieuwe tool vergroot de kansen om deze dislocaties te detecteren door het aantal botsingen dramatisch te vergroten.
In plaats van deeltjes tegen elkaar te laten botsen, wat is wat de meeste huidige experimenten doen, zal SHIP ze laten botsen tot een grote klomp materiaal. Dit betekent dat alle moleculen worden opgesplitst in kleinere delen, in plaats van allemaal samen. Het onderstaande diagram laat zien waarom deze aanpak met een ‘vast doel’ effectiever is.
Projectleider professor Andrei Golotvin van het Imperial College London zei dat het experiment “een nieuw tijdperk vertegenwoordigt in de zoektocht naar verborgen deeltjes.”
“SHIP heeft het unieke potentieel om veel belangrijke problemen in de deeltjesfysica op te lossen, en we hebben het potentieel om deeltjes te ontdekken die nog nooit eerder zijn gezien”, zei hij.
Het zoeken naar spookdeeltjes vereist speciaal aangepaste apparatuur.
Via gewone experimenten, bijvoorbeeld met de Large Hadron Collider, kunnen nieuwe deeltjes worden gedetecteerd tot op een meter afstand van de inslag. Maar spookdeeltjes kunnen onzichtbaar blijven en tientallen of zelfs honderden meters afleggen voordat ze uiteenvallen en zichzelf onthullen. De detectoren van SHIP werden dus veel verder weg geplaatst.
“Wij zijn ontdekkingsreizigers”
Professor Mitesh Patel van het Imperial College omschreef de nieuwe aanpak als “geniaal”.
“Wat mij echt aantrekt aan het experiment is dat deze deeltjes zich vlak onder onze neus bevinden, maar dat we ze nooit hebben kunnen zien vanwege de manier waarop ze op elkaar inwerken, of liever gezegd de manier waarop ze niet op elkaar inwerken.
“Wij zijn ontdekkingsreizigers en we denken dat we iets interessants kunnen zien in dit nieuwe terrein. We moeten dus een kijkje nemen.”
SHIP zal worden gebouwd binnen bestaande faciliteiten op CERN, volgens Dr. Claudia Ahdeda, een natuurkundige bij CERN.
“We zullen gebruik maken van de bestaande grot, infrastructuur en onderdelen die we zoveel mogelijk zullen proberen te hergebruiken, en wat we zullen hebben is een faciliteit die ons zal helpen bij het zoeken naar deze verborgen sector, die nog nooit eerder is gezien,” ze zei.
SHIP zal naast alle andere CERN-experimenten draaien, waarvan de grootste de Large Hadron Collider is, die sinds de voltooiing ervan in 2008 op zoek is naar de ontbrekende 95% van het universum voor een bedrag van £ 3,75 miljard. Tot nu toe zijn er geen andere deeltjes gevonden dan het standaardmodel, dus het plan is om een machine te bouwen die drie keer groter en krachtiger is.
De toekomstige ringbotser zal £ 12 miljard kosten. De geplande startdatum is ergens midden 2040, hoewel het nieuwe deeltjesvangstpotentieel pas in 2070 volledig zal worden bereikt.
Daarentegen zal de SHIP-proef in 2030 beginnen met het zoeken naar nieuwe moleculen, en zal ongeveer honderd keer goedkoper zijn, rond de £100 miljoen. Maar onderzoekers zeggen dat alle benaderingen nodig zijn om alle mogelijke opties te onderzoeken om de deeltjes te vinden die volgens hen tot een van de grootste ontdekkingen in de natuurkunde ooit zullen leiden.
Pallabh Ghosh en Kate Stevens gaan de grootste deeltjesversneller ter wereld binnen om erachter te komen waarom wetenschappers een nog grotere versneller willen.
“Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies.”
More Stories
T. Rex een intelligente toolgebruiker en cultuurbouwer is? Niet zo snel, zegt nieuw onderzoek
Wat doen microplastics met de menselijke gezondheid? Wetenschappers proberen de punten met elkaar te verbinden
Een kijkje in de vijf maanden durende strijd van NASA om de Voyager 1-missie naar de interstellaire ruimte te redden