Hoe kan er na de oerknal net ietsje meer materie dan antimaterie zijn geweest? Mogelijk kwam dat door het higgsveld, stellen natuurkundigen.
Het is een van de grootste mysteries binnen de natuurkunde: waarom ons universum niet leeg is. Voor zover we weten, ontstaan materie en antimaterie namelijk altijd in gelijke mate én vernietigen ze elkaar zo gauw ze elkaar tegenkomen. Maar als je die twee feiten combineert, heb je na de oerknal een probleem. Toen moet namelijk evenveel materie- als antimateriedeeltjes zijn ontstaan, die elkaar vervolgens allemaal annihileerden. Resultaat: een heelal zónder deeltjes. En in zo’n heelal wonen we duidelijk niet.
De Amerikaanse natuurkundigen Alexander Kusenko, Lauren Pearce en Louis Yang presenteren nu een nieuwe manier om dit probleem op te lossen: met behulp van het higgsveld. Dit veld, dat samenhangt met het in 2012 ontdekte higgsdeeltje, is in het hele heelal aanwezig en geeft deeltjes hun massa. Het veld heeft nu een bepaalde, vaste waarde, maar vlak na de oerknal was die waarde mogelijk korte tijd een stukje hoger.
Toen het higgsveld op een gegeven moment van die hogere waarde naar de huidige ‘rolde’, kan dat hebben geleid tot de gezochte onbalans tussen materie en antimaterie, stellen Kusenko en collega’s. In eerste instantie ging het daarbij alleen om deeltjes als elektronen en neutrino’s: de overgang van het higgsveld zou voor kleine verschillen tussen deze deeltjes en hun antideeltjes hebben gezorgd, waardoor er een restje van de niet-anti-variant overbleef. Vervolgens zou dit verschil zijn overgebracht op deeltjes zoals protonen en neutronen, waaruit atoomkernen zijn opgebouwd.
Welk scenario klopt?
Mysterie opgehelderd? Dat nog niet. “Dit is een van de vele interessante scenario’s die beschrijven hoe het overschot aan gewone deeltjes kon ontstaan”, zegt deeltjesfysicus Marcel Merk (VU Amsterdam/Nikhef). “Het is nu aan de experimentele wetenschappers om te laten zien welk scenario daadwerkelijk heeft plaatsgevonden.”
En aan welke experimenten moeten we dan denken? “De vorm van het higgsveld kan in kaart worden gebracht met de LHC en toekomstige versnellers, die elektronen op anti-elektronen laten botsen.”
Daarnaast, zo zegt Merk, moeten de onderzoekers om hun scenario te laten werken aannemen dat er een nog niet ontdekt type deeltje bestaat: majorananeutrino’s. “Daar wordt naar gezocht met de LHC en andere, gespecialiseerde experimenten.”
Bronnen: Physical Review Letters, ArXiv.org, APS, University of California, Los Angeles via Phys.org
Beeld: DESY Hamburg