Onderzoekers van de Universiteit Maastricht en Nikhef willen met een nieuw experiment een van de raadsels van de deeltjestheorie onder de loep nemen. NWO heeft hiervoor een M1 subsidie toegekend.
Het voorstel van Nikhef-onderzoeker Panos Christakoglou draait om het extreem sterke magneetveld dat ontstaat als in de ALICE-detector op CERN zware loodkernen botsen. Dat veld is het sterkste dat in de natuur bekend is en het maakt een test mogelijk van de zogeheten sterke CP-schending.
Volgens de deeltjestheorie bestaat de fysische wereld dankzij symmetrieschendingen, die maken dat niet alle mogelijke uitkomsten van de theorie werkelijkheid zijn geworden. Een voorbeeld is de balans van materie en antimaterie. In theorie moeten die even vaak zijn ontstaat in de oerknal. In werkelijkheid bestaat het heelal uit materie.
In het Standaardmodel voor de deeltjesfysica is zo’n symmetriebreuk theoretisch te begrijpen voor zowel de zwakke kernkracht als de sterke kernkracht. Voor de zwakke kernkracht is dat ook gemeten met experimenten op CERN en elders. Voor de sterke kernkracht is er geen experimenteel bewijs van CP-schending.
De sterke kernkracht is de kracht die de quarks in kerndeeltjes verbindt. Quarks zijn in kerndeeltjes in drietallen gebonden, maar bij de extreme kernbotsingen in de LHC-versneller op CERN ontstaat een plasma van individuele quarks en gluonen. Die oerknalmaterie wordt bestudeerd in ALICE.
Met het extreme magneetveld bij kernbotsingen in de ALICE-detector is een rechtstreekse meting van de sterke CP-schending wel mogelijk, verwacht Christakoglou, hoofddocent in Maastricht en lid van het ALICE-experiment.
Vorig jaar voorspelde hij in een artikel in het European Physical Journal dat door CP-asymmetrie de quarks in de extreme magneetvelden bij kernbotsingen een subtiel elektrisch stroompje kunnen geven, dat in principe tussen alle andere signalen in de detector kan worden gemeten.
Daarvoor zijn al voorzichtige aanwijzingen in ALICE-experimenten gezien, maar het harde bewijs ontbreekt nog. Met de NWO-financiering kan Christakoglou een promovendus aanstellen die het zogeheten Chirale Magnetische Effect (CME) in detail gaat bestuderen.
De sterkte van het magnetische veld zal worden afgeleid uit het gedrag van protonen en neutronen die geen botsing ondergaan, een nog nooit beproefde techniek.
De CME-metingen vormen volgens het projectvoorstel een test voor de theorie die CP-schending in de sterke kernkracht verklaart en die teruggaat op de bekende Russische theoreticus Andrei Sacharov. De test kan ook uitwijzen dat de theorie niet klopt.
Voor het project is een bedrag van ruim 4 ton toegekend voor de komende vier jaar onderzoek, dat te zijner tijd in een proefschrift moet uitmonden.
