Een natuurkundige heeft verkend of hogere dimensies misschien verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor neutrino’s die de lichtsnelheid overschrijden.
Vorige week waren ze groot in het nieuws: de neutrino’s die volgens het OPERA-experiment (zie foto) sneller dan het licht van Zwitserland naar Italië zouden hebben gereisd. En hoewel het natuurlijk eerst zaak is deze resultaten te bevestigen of weerleggen met andere experimenten, is de gedachte aan deeltjes die de snelheidslimiet uit Einsteins relativiteitstheorie aan hun laars lappen voor sommige wetenschappers te intrigerend om er niet nu al verder over na te denken.
Een van die wetenschappers is de in snaartheorie gespecialiseerde natuurkundige Steven Gubser van de Princeton-universiteit. In een razendsnel geschreven en nog niet gepubliceerd artikel (dus onder voorbehoud) verkent hij één manier waarop hogere dimensies dan de vier die wij ervaren (lengte, breedte, hoogte en tijd) verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de te snelle neutrino’s.
Gubser gaat in zijn tekst uit van een model waarin ons universum deel uitmaakt van een hogerdimensionale ruimte. In vaktermen: wij zouden ons bevinden op een 4-braan (een vierdimensionale versie van een membraan) in een zogenoemde bulk van meer dan vier dimensies.
Deeltjes die deel uitmaken van ons 4-braan hebben zich te houden aan een maximumsnelheid. Die is echter niet de lichtsnelheid, maar de lichtsnelheid vermenigvuldigd met de wortel van wat de blackening function wordt genoemd; een getalletje dat wordt weergegeven met de letter h.
Nu is die h op ons eigen braan gewoon 1. Hier geldt dus dat je de lichtsnelheid moet vermenigvuldigen met de wortel uit 1, en daar verandert-ie uiteraard niet van. Maar, zo stelt Gubser, neutrino’s met een erg hoge energie zouden zich kunnen begeven in aangrenzende branen, waar h net ietsje groter is dan 1. En dus geldt voor hen een hogere maximumsnelheid.
Helaas betekent dit niet dat we gelijk mogen concluderen dat de te snelle neutrino’s van vorige week – áls dat resultaat al overeind blijft – wijzen op het bestaan van extra dimensies. Sowieso moet je dan eerst uitleggen waarom hetzelfde principe blijkbaar niet geldt voor andere deeltjes, zoals elektronen. En ook als je daar een mouw aan weet te passen, is er volgens het artikel van Gubser nog de zogenoemde null energy condition (‘nulenergievoorwaarde’). “Deze voorwaarde is nodig in Einsteins algemene relativiteitstheorie om te voorkomen dat objecten een negatieve massa kunnen hebben”, licht Gubser toe per mail. “Hij houdt in dat de som van de energiedichtheid en de druk nooit negatief kan zijn. De belangrijkste claim in mijn artikel is dat als je met behulp van extra dimensies een hogere snelheid dan de lichtsnelheid wil toestaan, je vrijwel zeker ergens in die extra dimensies de null energy condition moet schenden. En de manier waarop je dat zou doen, zou erg vreemd en moeilijk te begrijpen zijn; zelfs in de snaartheorie.”
Kortom, een echt plausibele verklaring voor het raadsel van de te snelle neutrino’s hebben we hier nog niet beet. Maar goed, dat zou ook wel erg snel geweest zijn, een paar dagen na het bekendmaken van de OPERA-resultaten…
Bron: ArXiv.org
Beeld: OPERA/INFN