Deeltjes schieten nu al razendsnel door de LHC, maar het kan nóg sneller. Moeten we alleen wel een grotere versneller bouwen… Of kunnen wormgaten ons helpen? 

27 kilometer: dat is de omtrek van ’s werelds grootste deeltjesversneller, de LHC bij Genève. En hoewel deze megamachine nog lang niet met pensioen gaat, dromen deeltjesfysici al van een nog grotere versneller, met een omtrek van 80 tot 100 kilometer. Want: hoe groter je versneller, hoe hoger de energie waarmee je deeltjes in zo’n versneller op elkaar kunt laten botsen. En hoe hoger die botsingsenergie, hoe meer je mag hopen op nieuwe deeltjes of natuurkundige verschijnselen.

Eén energie heeft daarbij onder fysici een haast mythische status: de zogenoemde planckenergie. Bij die energie, die naar deeltjesbegrippen onvoorstelbaar hoog is, kunnen bijvoorbeeld microscopisch kleine zwarte gaten uit het niets tevoorschijn ploppen. Ook kunnen er verschijnselen optreden die ons vertellen hoe we de zwaartekracht en de andere krachten die ons heelal bestieren, kunnen onderbrengen in één theorie; iets waar wetenschappers al decennialang naar op zoek zijn.

Probleem is alleen: als je met een LHC-achtige deeltjesversneller de planckenergie wilt bereiken, zal dat apparaat zo groot als ons hele zonnestelsel moeten worden. Onnodig te zeggen dat zo’n bouwproject voorlopig buiten bereik van de mensheid ligt.

Zullen we dus nog eeuwen moeten wachten voordat we de planckenergie kunnen verkennen? Niet per se, zegt de Russische natuurkundige Serguei Krasnikov. Hij denkt dat zulke versnellers misschien wel gratis en voor niets in het heelal te vinden zijn – in de vorm van wormgaten.

Razendsnel tollen

Krasnikov is niet de eerste die nadenkt over natuurlijke deeltjesversnellers. Eerder meenden natuurkundigen dat zwarte gaten deeltjes misschien wel tot de planckenergie konden opzwiepen. Helaas bleek dat alleen te kunnen als die zwarte gaten razendsnel om hun as tolden – sneller zelfs dan theoretici voor mogelijk houden.

Bovendien zou het licht dat bij botsingen vlak bij zo’n zwart gat vrijkomt enorm veel energie kwijtraken terwijl het zich ontworstelt aan de supersterke zwaartekracht die daar heerst. Daardoor is er, aangekomen bij de aarde, zo goed als niets meer van over.

Roterend wormgat

Vervolgens stelde Edward Teo van de Nationale Universiteit van Singapore: wat als we nu eens geen roterend zwart gat, maar een roterend wormgat nemen? Zo’n wormgat kun je het beste zien als een tunnel die twee plekken in de ruimte met elkaar verbindt. In sciencefictionverhalen worden ze meestal gebruikt om supersnel van A naar B te reizen of zelfs om in de tijd terug te gaan. Maar, zo liet Teo zien, je kunt ze ook gebruiken om deeltjes te laten botsen met de planckenergie. Bovendien zijn de tekenen van zo’n botsing wél op grote afstand te zien; het enorme energieverlies waar je in de buurt van een zwart gat mee te maken hebt, speelt hier niet.

En dat is waar Krasnikov nu aanhaakt. In een deze zomer online gezet artikel vraagt hij zich af: zouden alleen roterende wormgaten als deeltjesversneller kunnen functioneren? Of werkt een stilstaand wormgat misschien ook?

Dat zou mooi zijn, want hoewel we niet weten of wormgaten überhaupt bestaan, lijkt een niet-roterend wormgat realistischer dan een wormgat dat als een malle om zijn as tolt. Bovendien heb je een triljard keer minder materie nodig om een niet-roterend wormgat te maken

Iets te exotisch?

In zijn artikel rekent Krasnikov voor dat een ‘gewoon’ wormgat inderdaad een superdeeltjesversneller kan zijn. Begin met twee identieke deeltjes op grote afstand van het wormgat en laat ze naar elkaar toe bewegen, zodat ze in de ‘hals’ van het wormgat op elkaar botsen. Dan kun je twee deeltjes die aanvankelijk relatief langzaam bewogen op elkaar laten botsen met de planckenergie… of zelfs nog meer. De deeltjes of fotonen (‘lichtdeeltjes’) die bij zo’n botsing vrijkomen, zouden we, zo schrijft Krasnikov, “mogelijk met moderne apparatuur kunnen registeren”.

Helaas meldt hij vervolgens niet hoe dit in zijn werk zou moeten gaan. Kunnen we data doorspitten die al zijn verzameld door bestaande experimenten die naar deeltjes uit het heelal speuren? Of moeten we een nieuw experiment optuigen? En stel dát we een deeltje of foton waarnemen dat afkomstig is van zo’n botsing, hoe leiden we daar dan informatie uit af over die botsing?

Op zulke vragen heeft Krasnikov het antwoord nog niet, laat hij per mail weten. Hij hoopt vooral dat zijn artikel andere wetenschappers inspireert, zodat die zullen uitvogelen hoe je daadwerkelijk tekenen van wormgatdeeltjesversnellers kunt vinden. Maar vooralsnog heeft niemand de handschoen opgepakt. Misschien is een wormgat, of het nu rondtolt of niet, voor de meeste sterrenkundigen toch net wat te exotisch om er een gratis deeltjesexperiment in te zien.

Deze Far Out staat ook in KIJK 10/2018.

Bron: Serguei Krasnikov: Schwarzschild-like wormholes as accelerators, ArXiv (2 juli 2018)

Beeld: iStock

De KIJK 50 jaar-special ligt nu in de winkel met daarin de spannendste, opmerkelijkste en grappigste verhalen uit de lange geschiedenis van het blad. Wil je deze editie liever bestellen? Dat kan ook in onze webshop.