Nieuw spoor in zoektocht naar verdwenen antimaterie

Waarom bestaat het heelal vooral uit materie, terwijl bij de oerknal net zoveel antimaterie moet zijn ontstaan? Onderzoekers van het LHCb-experiment bij CERN denken een nieuw stukje van die puzzel te hebben gevonden. Voor het eerst is waargenomen dat baryonen – de deeltjes waaruit protonen en neutronen bestaan – zich anders gedragen dan hun antimaterie-tegenhangers. Een kleine afwijking, maar met mogelijk grote gevolgen voor ons begrip van het heelal.

Deeltjesfysici gaan uit van het principe dat de natuurwetten dezelfde uitkomst geven, zelfs als je het ‘beeld’ van de werkelijkheid omdraait. Bijvoorbeeld: als je een deeltje vervangt door zijn antideeltje, en links en rechts verwisselt, zou het gedrag gelijk moeten blijven. Die verwisseling heet CP-symmetrie – waarbij ‘C’ staat voor lading (charge) en ‘P’ voor spiegeling (parity).

Maar in de praktijk blijkt: die symmetrie klopt niet altijd. Eerder is al ontdekt dat sommige mesonen – kortlevende deeltjes uit quarks en antiquarks – een kleine voorkeur vertonen voor materie boven antimaterie. Dat noemen onderzoekers CP-asymmetrie of CP-schending.

Tot nu toe werd dat echter nooit waargenomen bij baryonen, de stabielere deeltjes waaruit onze materiële wereld is opgebouwd. En dat is precies wat het LHCb-team nu wél heeft gemeten.

Meetbaar verschil in verval van baryonen

Bij miljarden botsingen tussen protonen in de deeltjesversneller van CERN ontstonden zeldzame deeltjes, onder andere het lambda-b-baryon. Dat bestaat uit drie quarks, waarvan er één een zware, zogeheten beautyquark is. Het team onderzocht hoe dit baryon uiteenvalt in lichtere deeltjes – en vergeleek dat met het verval van de antimaterieversie van datzelfde deeltje.

De uitkomst: het gewone baryon viel 2,45 procent vaker op een bepaalde manier uiteen dan het antibaryon. Een klein verschil, maar statistisch zeer overtuigend: met een zekerheid van 5,2 sigma is de kans op toeval uitgesloten. Daarmee is dit volgens wetenschappelijke normen een echte ontdekking.

Vooral bij tussenstappen zichtbaar

Nog interessanter: het verschil tussen materie en antimaterie bleek vooral groot wanneer het verval van het baryon via tussenstappen liep – kortlevende deeltjes die tijdens het verval heel even ontstaan. Zulke tussenliggende deeltjes noemen natuurkundigen resonanties. In die gevallen liep de asymmetrie op tot ruim vijf procent.

Dat maakt duidelijk dat niet alleen het type deeltje belangrijk is, maar ook de manier waarop het vervalt. En juist die details zijn lastig te voorspellen binnen het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica.

Geen eindantwoord, wél een nieuwe richting

De ontdekking lost het antimaterie-mysterie nog niet op. De hoeveelheid CP-asymmetrie die het standaardmodel toelaat, is lang niet genoeg om het huidige materie-overschot in het heelal te verklaren. Maar dat het verschil tussen materie en antimaterie nu ook bij baryonen zichtbaar is, is een belangrijke stap.

Het onderzoek biedt een nieuw aanknopingspunt om te begrijpen waarom het heelal bestaat zoals het is. En misschien zelfs: waarom wij er zijn.

⚠️ Geen vacatures gevonden.