Maandag 26/09/2022

Een kwarteeuw 'Eureka!'

Met de ontdekking van het Higgs-Englertdeeltje kregen onze landgenoot François Englert en Peter Higgs volgens experts zeer terecht de Nobelprijs voor Fysica. Het toonaangevende blad 'Physics World' selecteerde de vijf belangrijkste doorbraken van de laatste 25 jaar, en werpt al een blik in de toekomst.

Niet de theoretische ontdekking van het Higgsdeeltje, maar de allereerste keer dat het deel is gezien staat in de top vijf van belangrijkste doorbraken diePhysics Worlduitkoos. In de jaren zestig ontdekten Peter Higgs en François Englert dat er in het universum zoiets moest bestaan als het Higgsdeeltje, het deeltje dat massa in het universum verklaart. Het was echter pas in juli vorig jaar dat deeltjesfysici euforisch meldden dat ze het deeltje ook hadden waargenomen bij gigantische experimenten in de Large Hadron Collider, een ondergrondse deeltjesversneller. Het Higgsdeeltje maakt het standaardmodel van de deeltjesfysica compleet. Alleen door het bestaan van dit deeltje kunnen alle andere deeltjes van de 4 procent bekende massa in het universum - en dus de wereld zoals we die kennen - massa krijgen.

In 1998 ontdekten Japanse deeltjesfysici dat een ander soort subatomaire deeltjes, neutrino's, massa hebben. Neutrino's zijn een soort 'spookdeeltjes'. De elektrisch ongeladen elementaire deeltjes zijn niet gevoelig voor de sterke kernkracht of elektromagnetische interacties. Doordat het neutrino zo weinig wisselwerking vertoont met materie, gaat het bijna ongehinderd door gewone materie heen. Een blok lood zou 9,5 biljoen kilometer dik moeten zijn om de helft van de neutrino's die erdoorheen gaan tegen te houden.

De meeste neutrino's die de aarde bereiken en die ook door ons heen gaan, zijn afkomstig van de zon. Per seconde wordt elke vierkante centimeter van de ruimte in de nabijheid van de aarde, die loodrecht op de richting van de zonnestralen staat, gepasseerd door 65 miljard zonneneutrino's.

Omdat ze overal doordenderen dachten natuurkundigen jarenlang dat neutrino's geen massa hadden. Observaties in de Japanse Super Kamiokande-neutrinodetector (een enorme tank met 50.000 ton gezuiverd water en 11.000 sensoren) leverde in 1998 de beste bewijzen op voor het feit dat neutrino's wél een beetje massa hebben. Omdat er zoveel neutrino's in het universum zijn, zouden ze het grootste deel van de nog voor 96 procent onverklaarde materie kunnen omvatten.

Ondertussen zet het universum ook steeds sneller uit, een fenomeen dat Englert nu onderzoekt. In 1997 ontdekten astronomen dat dat steeds sneller gaat en dat een mysterieus antizwaartekrachtveld daarvoor verantwoordelijk is. De bevinding bevestigt een theorie van Albert Einstein, die hij later wegkieperde en als 'zijn grootste blunder' bestempelde.

De ontdekking gebeurde met de Hubble Spacetelescoop en telescopen in Hawaï, Australië en Chili. Die analyseerden het licht van veertien supernova's die op zeven tot tien miljard lichtjaren van de aarde verwijderd zijn. Verwacht werd dat de expansie van het universum lichtjes zou vertragen door de zwaartekracht.

Maar net het omgekeerde is aan de gang. Die bevinding verandert de manier waarop wetenschappers naar de geschiedenis van tijd en ruimte kijken. Ook de toekomst ziet er anders uit. "Binnen enkele miljarden jaren zullen sterren die we nu nog zien niet meer zichtbaar zijn. Het zal almaar eenzamer zijn in het universum", zo zei een van de betrokken wetenschappers.

De versnelde uitbreiding van het universum zou ook verklaren hoe het komt dat de leeftijd van het universum op ongeveer tien miljard jaar is vastgelegd, terwijl sommige sterren ouder zijn. Wanneer de versnelling meegerekend wordt, dan zou het universum 14 miljard jaar oud zijn, ongeveer twee miljard jaar ouder dan de oudste sterren.

De vierde belangrijkste ontdekking is volgens de experts vanPhysics Worldde Rydbergmolecule. Die molecule werd in 1992 aan de Universiteit van Stutgart gemaakt. Voordien bestond het 'speciale geval' enkel in theorie. De Rydbergmolecule is samengesteld met een zeer ongrijpbare en zwakke chemische verbinding tussen twee atomen. Dat kan omdat één van de twee atomen in de molecule een elektron heeft dat zeer ver van de kern ligt.

Natuurkundigen slaagden erin de molecule te fabriceren door met extreem koude temperaturen te werken. Bij -237 graden Celsius kan, in een gaswolk, de afstand bereikt worden tussen atomen die exact nodig is om de Rydbergmolecule te vormen. Zo'n atoom 'leeft' maar 18 microseconden. Maar het versterkt de kennis over fundamentele kwantumfysica en over hoe elektronen op elkaar reageren. De vondst is gebaseerd op een theorie van Einstein die stelt dat wanneer een gas tot zijn koudste staat wordt afgekoeld, de atomen zouden uiteenvallen in hun 'laagst mogelijke energietoestand' en zich, als 'bervoren' zouden gedragen op een voorspelbare en identieke manier.

Nog in 1992 slaagden een Amerikaans en een Oostenrijks team er afzonderlijk in atomen te teleporteren. Tot dan toe was het enkel met laserlicht mogelijk om de belangrijkste eigenschappen van één deeltje over te brengen naar een ander deeltje. De verwezenlijking is gebaseerd op het feit dat twee deeltjes gelijkaardige eigenschappen kunnen hebben, ook wanneer ze ver uiteen liggen. Via een derde atoom kan de 'kwantumstaat' van één atoom naar een ander overgebracht worden. Dat lukt in milliseconden, met één druk op de knop. De grote uitdaging is nu om die kennis te gebruiken om kwantumcomputers te maken die vele keren sneller zijn en veel meer informatie kunnen opslaan dan de exemplaren die we nu kennen.

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234