EO

Nieuwe deeltjes ontdekken met behulp van zwarte gaten

14 februari 2019 om 10:27 uur

Twee zwarte gaten, waarvan er één een wolk van ultralichte bosonen om zich heen heeft, draaien op korte afstand om elkaar heen. De nieuwe berekeningen laten zien dat de aanwezigheid van de bosonwolk leidt tot een duidelijke vingerafdruk in het signaal van zwaartekrachtgolven dat het paar van zwarte gaten uitzendt. Afbeelding: D. Baumann.

Sommige theorieën die verder gaan dan het Standaardmodel van de elementairedeeltjesfysica voorspellen dat er nieuwe, ultralichte deeltjes bestaan met veel kleinere massa’s dan die van de lichtste bekende deeltjes in de natuur. Als deze nieuwe deeltjes maar een heel zwakke wisselwerking hebben met gewone materie, zijn ze erg moeilijk te detecteren in deeltjesversnellers en donkeremateriedetectoren. Onderzoek laat nu zien dat het bestaan van zulke deeltjes mogelijk wél meetbaar is in de signalen van zwaartekrachtgolven afkomstig van samensmeltende zwarte gaten.


De natuur bestaat uit twee soorten deeltjes: fermionen, waaruit vaste materie bestaat, bosonen, die interacties kunnen overbrengen. Rond snel draaiende zwarte gaten kunnen ultralichte bosonen grote condensaten vormen dankzij superradiance. Een zwart gat dat zo'n bosonwolk om zich heen heeft, heet ook wel een gravitationeel atoom, omdat zijn configuratie erg lijkt op de proton-elektronstructuur van een waterstofatoom - maar dan op veel grotere schaal. Zo kan de bosonwolk rond een zwart gat, net als het elektron in een waterstofatoom, in een aantal verschillende toestanden zijn, elk met een bijbehorende energie.

 

Vingerafdruk

In het geval van een waterstofatoom kunnen overgangen tussen zulke energieniveaus veroorzaakt worden door bijvoorbeeld met een laser op het atoom te schijnen. Wanneer de energie van de laser precies klopt, kan het elektron van de ene naar de andere toestand ‘springen'. Een soortgelijk effect bestaat voor het gravtationele atoom wanneer het deel uitmaakt van een tweetal zwarte gaten die om elkaar heen draaien. In dat geval speelt de zwaartekrachtinvloed van het tweede zwarte gat de rol van de ‘laser' waarmee de overgangen tussen de energietoestanden van de bosonwolk gestimuleerd worden.
Sinds enkele jaren zijn natuurkundigen in staat om zwaartekrachtgolven te meten - de kleine trillingen in het zwaartekrachtveld die ontstaan wanneer paren van zwarte gaten met groot geweld ineenstorten tot één zwart gat.

 

Daniel Baumann en Horng Sheng Chia van de UvA en Rafael Porto van Desy (Hamburg) laten nu zien dat de aanwezigheid van energieovergangen in de hypothetische bosonwolk zorgt voor een karakteristieke ‘vingerafdruk' in het signaal van zwaartekrachtgolven dat door zulke samensmeltende zwarte gaten wordt geproduceerd. Het waarnemen van die vingerafdruk zou een belangrijke test zijn voor theorieën die ultralichte bosonische deeltjes voorspellen. Hoewel de huidige metingen van zwaartekrachtgolven nog niet gevoelig genoeg zijn om dit effect waar te nemen, zal dit zeker een belangrijk doel zijn voor toekomstige experimenten.

 

Gerelateerd nieuws

Gaan zeep en zonlicht het energieprobleem oplossen?

Gaan zeep en zonlicht het energieprobleem oplossen? (video)

Een internationaal consortium van wetenschappers komt met een unieke oplossing voor het energieprobleem. Door fotosynthese na te bootsen hopen ze duurzame brandstoffen te maken uit zonlicht, water en CO2. Hun geheim? …

Zon zet CO2 om naar methaan met hoog rendement

Van CO2 naar methaan op de kracht van de zon

TNO en de Universiteit Hasselt (België) zijn er in geslaagd om CO2 bij lage temperatuur en met alleen zonlicht als energiebron om te zetten naar methaan. Zo wordt een ongewenst afvalproduct duurzaam omgezet naar een…

Minder R&D-financiering door NL overheid en meer door Europa

Minder R&D-financiering door NL overheid en meer door Europa

Als Nederland zo doorgaat, raakt het verder achterop bij de ambitie om 2,5% van het bruto binnenlands product te besteden aan R&D. Dat stelt het Rathenau Instituut op basis van eigen onderzoek. ‘De directe…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
MGBS de slanke versie binnen de MGB serie

Ter aanvulling op de MGB serie heeft EUCHNER de MGBS uitgebracht, die uitkomst biedt op plaatsen met weinig ruimte en op...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

6 mei 2019, Leuven

Vezelversterkte kunststof composieten

In deze cursus krijg je handvatten voor het toepassen van kunststof composiet materialen in je eigen werk...

Meer agendapunten »