Dat is niet slecht. Vijf grote, fundamentele natuurkundeproblemen lijken in een keer opgelost (pdf-bestand) met een uitgebreid standaardmodel. Dat model van Guillermo Ballesteros van de universiteit van Parijs-Saclay en medemodelleurs zou een verklaring hebben hoe donkere materie, neutrino-oscillaties, baryogenese (het ontstaan van materie), kosmologische inflatie en het CP-probleemat in sterke wisselwerking in elkaar zitten. Ik ben een leek op vele terreinen, maar van de meeste van deze fundamentele natuurkundeproblemen had ik nog nooit gehoord. Tot vandaag.
Het model heet SMASH. Het is gebaseerd op het standaardmodel van de deeltjesfysica, maar er zijn wat stukjes bij gekomen. Het standaardmodel is een verzameling van deeltjes en krachten, waarmee de bouwstenen van het heelal wordt omschreven. Het houdt nog steeds stand, maar kan niet alles verklaren.
Zo begrijpen we nog steeds niet wat donkere materie is, de geheimzinnige substantie waaruit 84% van de massa van het heelal bestaat. Ook niet waarom er meer anti
materie is dan materie. Inflatie is een periode vlak na de oerknal waarin het heelal razendsnel groeide. Waardoor is onbekend.
Er ontbreekt duidelijk iets aan het standaardmodel. “We hebben kennelijk nieuwe deeltjes nodig”, zegt Michail Sjaposjnikov van de Polytechnische school in Lausanne (EPFL). “De vraag is hoeveel.”
‘Botsende’ theorieën
Sommige modellen zoals dat van de supersymmetrie voegen honderden deeltjes toe, waarvan nog nooit eentje is waargenomen in de superdeeltjesverneller LHC in Genève. SMASH is bescheidener met zes extra deeltjes: drie neutrino’s, een fermion en een veld met twee deeltjes. “Dat is redelijk”, zegt Sjaposjnikov. “Ik gok er op dat het aantal nieuwe deeltjes klein is en daarbij: voeg alleen deeltjes toe als je die nodig hebt.”
In SMASH zijn verschillende theorieën op elkaar ‘gebotst’ stelt medeauteur Andreas Ringwald van de Duitse synchrotron-faciliteit DESY. Het model bouwt voort op een model van Sjaposjnikov uit 2005, die drie neutrino’s toevoegde aan de drie reeds bekende neutrino’s om vier fundamentele natuurkundeproblemen op te lossen: donkere materie, inflatie, enkele kwesties over de aard van neutrino’s en de oorsprong van materie.
Nieuw veld
SMASH voegt een nieuw veld toe om sommige van die problemen wat anders te verklaren. Dat veld bevat twee deeltjes: een axion, een kandidaat voor donkere materie, en de inflaton, het deeltje achter de inflatie. Het model gebruikt het veld om de oplossing van het vijfde probleem te kunnen presenteren: het CP-probleem bij sterke wisselwerking. Dat helpt te verklaren waarom er meer antimaterie is dan materie.
Ringwald: Het mooiste aan de theorie is dat je die kan toetsen, nu of binnen zo’n tien jaar. “Je kan altijd nieuwe theorieën verzinnen, maar als die pas over 100 jaar getoetst kunnen worden of nooit dan is dat geen echte wetenschap, maar metawetenschap.” Dat laatste lijkt me eerlijk gezegd een flauwekulopmerking. Je zou alleen kunnen zeggen dat je er voorlopig niks mee kan.
SMASH voorspelt dat het axion ongeveer tienmiljard keer lichter is dan een elektron. Zulke kleine deeltjes zouden aangetoond kunnen worden in het CULTASK-experiment in Zuid-Korea, het voorgestelde ORPHEUS-experiment in de VS of de geplande MADMAX-opzet in Duitsland. Dat betekent niet dat het spel voorbij is. Dat gaat gewoon door. Er zal experimenteel bewijs gezocht worden of een beter model. Eind 19de begin 20ste eeuw werd de natuurkunde voor af verklaard. Een grote vergissing.
Journal reference: https://arxiv.org/pdf/1608.05414v1.pdf