Stel je eens een wereld voor zoals die van ons.
Van sterrenstelsels tot en met mens en dier, alles is hetzelfde – maar gespiegeld.
De aarde draait de andere kant op om de zon, je hart zit rechts in je lichaam en de wijzers gaan tegen de klok in.
De laatste jaren hebben natuurkundigen wereldwijd een theorie ontwikkeld over zo’n gespiegeld universum, als reactie op allerlei mysterieuze resultaten van experimenten.
Volgens die theorie vormen neutronen de sleutel om de weg naar deze omgekeerde wereld te vinden.
De kleine bouwstenen van atomen lijken in de experimenten namelijk kortstondig en op onverklaarbare wijze te verdwijnen, dus misschien springen ze als ‘spiegelneutronen’ naar het andere heelal.
Twee onderzoeksteams – bij het Oak Ridge National Laboratory in de VS en bij de European Spallation Source in Zweden – zijn bezig om de theorie experimenteel te testen.
Als er spiegelneutronen worden gevonden, kunnen we wellicht met het spiegelheelal communiceren via neutronen.
En als deze neutronen tussen twee universa heen en weer kunnen schieten, ligt daarin mogelijk de verklaring voor de mysterieuze donkere materie, die niet met telescopen te zien valt maar wel een kwart van alle massa vormt.
Neutronen leiden bijzonder leven
Alle materie bestaat uit atomen met in de kern protonen en neutronen.
De neutronen stabiliseren de kern, en zonder deze zouden alle atoomkernen behalve waterstof radioactief zijn.
Er zouden geen sterren, planeten of leven zijn.
De kernkrachten houden de protonen en neutronen bij elkaar in de atoomkern, maar daarbuiten vervallen de vrije neutronen tot een proton, elektron en antineutrino – de neutronen ‘sterven’.
Levensduur van neutronen duidt op gespiegeld universum
Neutronen vervallen in een fles
Bij dit experiment meten onderzoekers het aantal neutronen in een flesvormig vat, terwijl dat aantal voortdurend daalt.
Metingen geven gemiddelde weer
Op basis van meerdere metingen wordt de gemiddelde levensduur van de neutronen berekend.
Neutronen vervallen in een buis
Bij een ander experiment worden neutronen door een buis gestuurd waarin ze vervallen tot protonen.
Protonen verraden levensduur
Het aantal protonen laat zien hoeveel neutronen er zijn vervallen. Zo wordt de levensduur van de neutronen berekend.
Natuurkundigen hebben op twee wijzen geprobeerd om te bepalen welke levensduur neutronen hebben.
Bij de eerste methode worden de neutronen verzameld in een soort glazen jampot.
Vervolgens meten de natuurkundigen om de zoveel tijd hoeveel neutronen er nog in de pot zitten, zodat ze de gemiddelde levensduur ervan kunnen berekenen.
Bij de tweede methode sturen de wetenschappers een bundel neutronen door een buis en meten ze hoeveel protonen erin ontstaan, en dus hoeveel neutronen er zijn vervallen.
Doordat ze weten wat de snelheid van de neutronen is en hoe lang de buis is, kunnen ze bepalen wanneer de neutronen precies in protonen zijn veranderd.
Deze twee methoden moeten dezelfde levensduur opleveren, want de natuurkunde blijft hetzelfde, ongeacht de meetmethode.
Maar bij vele pogingen op tal van plaatsen komen er verschillende resultaten uit: met de jampotmethode is de levensduur 14 minuten en 39 seconden, en met de buismethode 14 minuten en 48 seconden.
Negen seconden is genoeg voor natuurkundigen over de hele wereld om de afwijking zeer serieus te nemen.
Er is maar een miljoenste procent kans dat zo’n afwijking toeval is.
Neutronen reizen tussen gespiegelde universa
Neutronen forenzen tussen ons heelal en een gespiegeld universum, die volgens de theorie beide bij de oerknal zijn ontstaan. Het spiegelheelal bevat spiegelsterren en spiegelplaneten, mogelijk met gespiegeld leven.
De oerknal brengt alles voort wat later
De oerknal brengt alles voort wat later uitgroeit tot ons eigen heelal en het spiegelheelal. Daar kunnen dus ook sterren en planeten zijn, en op sommige van die planeten kan leven zijn ontstaan, waarmee we dan via neutronen kunnen communiceren.
Neutronen komen in beide universa voor
Volgens de theorie over de omgekeerde wereld kunnen neutronen tussen de twee universa reizen. Een neutron in ons heelal kan deel worden van het spiegelheelal als een ‘spiegelneutron’, dat niet te zien is, maar toch ons heelal kan beïnvloeden. Natuurkundigen testen de theorie met experimenten waarbij neutronen voor heel even in het spiegeluniversum zouden moeten verdwijnen.
Zwaartekracht kan de donkere materie zijn
Als natuurkundigen metingen verrichten aan stelsels in ons heelal, stuiten ze op een zwaartekracht met een hoeveelheid materie die niet met telescopen te zien is: donkere materie. Als de spiegelheelaltheorie klopt, kan donkere materie bestaan uit spiegelneutronen in het spiegeluniversum, waarvan de zwaartekracht op ons heelal inwerkt.
Spiegeltheorie komt op
De wisselende levensduur van neutronen kan worden verklaard door een nieuw type natuurkunde, die stelt dat neutronen niet altijd vervallen tot protonen, elektronen en antineutrino’s.
In plaats daarvan verdwijnen ze in een gespiegeld heelal dat onzichtbaar is, maar bestaat naast ons eigen heelal.
Hier worden de neutronen ‘spiegelneutronen’. Dit verschijnsel kan verklaren waarom de buismethode een langere levensduur meet.
In het bestralingsexperiment achterhalen de onderzoekers op basis van de buislengte en neutronensnelheid hoeveel neutronen er in de buis moeten zitten.
Aan het aantal protonen dat eruitkomt is te zien hoeveel neutronen er zijn vervallen.
De vervaltijd moet het tijdstip zijn waarop het verschil tussen het aantal neutronen en protonen het kleinst is; als er neutronen verdwijnen, wordt het verschil tussen die twee groter, en daarom duurt het langer eer het tijdstip met het meeste verval in de metingen te zien is.
Als de theorie klopt, kunnen we mogelijk een van de grootste natuurkunderaadsels ooit oplossen: wat is donkere materie?
Het betreft deeltjes die onzichtbaar zijn en die moeten bestaan omdat ze volgens metingen ons heelal beïnvloeden.
Als de astronomen licht van sterrenstelsels meten, komt dit niet overeen met berekeningen van hun massa.
Volgens de lichtmetingen moeten de sterrenstelsels zwaarder zijn om te bewegen zoals ze doen.
De extra massa waarmee de vergelijking klopt, is donkere materie.
Als neutronen naar het spiegelheelal kunnen glippen en hun tegendeel worden, zijn zij misschien de donkere materie.
Die moet dan bestaan uit neutronen die tussen ons heelal en het spiegelheelal vliegen en beide beïnvloeden met hun zwaartekracht.
Leah Broussard haluaa osoittaa peiliuniversumin teorian todeksi kokeella, jossa neutronit käyvät peiliuniversumissa seinän läpi.
Experimenten kijken in de spiegel
De theorie van het spiegeluniversum moet nog wel getest worden, en daar zijn twee onderzoeksteams dan ook mee bezig.
Bij Oak Ridge National Laboratory in de VS gaan natuurkundigen neutronen afvuren op een dikke muur, waar deze niet doorheen kunnen.
Vangt een detector aan de andere kant toch neutronen op, dan kan het zijn dat ze naar het spiegeluniversum heen en weer zijn geweest.
Alleen neutronen die de muur passeren via het spiegeluniversum, worden door de detector gemeten.
De onderzoekers zullen met een magnetisch veld proberen de neutronen te beïnvloeden om te zien of ze het aantal passages kunnen sturen.
Het Zweedse European Spallation Source gaat meten of neutronen in antineutronen kunnen veranderen.
Doorgaans krijg je uit neutronen alleen geen antineutronen – die ontstaan normaal uitsluitend na botsingen van andere deeltjes, bijvoorbeeld protonen en antiprotonen.
Maar als het spiegelheelal echt bestaat, kunnen de neutronen daar misschien heen schieten en hier in de vorm van antineutronen terugkomen.
Oerknal vormde twee universa
Het spiegeluniversum is net als ons heelal gevormd bij de oerknal en is parallel aan onze wereld uitgedijd.
Ook heeft het atomen en sterrenstelsels met sterren en planeten. Daarom is het waarschijnlijk dat er leven in het spiegeluniversum is.
Volgens sommige onderzoekers kunnen we communiceren door codeberichten in neutronen te sturen, die door eventueel intelligent leven met spiegelneutronen beantwoord kunnen worden.
Andere onderzoekers willen een reactor bouwen die energie wint uit antineutronen uit het spiegelheelal.
De energie van zo’n reactor zal 1000 keer zo krachtig zijn als die van een even grote kernreactor, dus zo zouden we alle nodige energie voor altijd kunnen opwekken.