Een picoseconde, een miljoenste van een miljoenste seconde, is een onvoorstelbaar korte tijd. Minder dan een oogwenk, vergeleken bij de stabiliteit van alledaagse materie. Een proton, bijvoorbeeld, leeft zeker 10000000000000000000000 seconden, blijkt uit metingen.
Maar voor sommige deeltjesexperimenten zou een picoseconde toch zomaar een veelzeggende eeuwigheid kunnen blijken. Zogeheten long lived particles zouden zelfs een antwoord kunnen blijken op het raadsel van de donkere materie, denkt een internationale groep theoretici en experimentatoren die komende week op Nikhef bijeen is.
Astronomen denken dat ongeveer 85 procent van het universum uit een onzichtbare vorm van materie bestaat, deeltjes die geen licht geven maar wel zwaartekracht voelen. Waaruit die donkere materie bestaat, is niet bekend, maar theorieën zijn er genoeg.
Het zouden extreem zware deeltjes kunnen zijn, die met de bestaande deeltjesversnellers niet of nauwelijks te maken en bestuderen zijn, of zich hooguit indirect laten gelden.
Anderzijds zouden het ook onbekende lichte deeltjes kunnen zijn van een type dat van nature nauwelijks interactie heeft met andere materiedeeltjes. Zelfs als ze instabiel zijn doen ze er dan relatief lang over om uit elkaar te vallen naar bekende deeltjes die wel in een detector te vinden zijn: picosecondes.
Op subatomaire schaal lijkt onze wereld verrassend op orde. Materie bestaat uit maar een paar elementaire deeltjes, zogeheten quarks en leptonen. Die deeltjes voelen elkaar via de elektromagnetische, sterke of zwakke krachten. Sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw beschrijft het zogeheten Standaard Model dit beeld van de materie wiskundig. Het model doorstaat tot nog toe vrijwel alle tests met versnellers en andere experimenten. De ontdekking op CERN in 2012 van het voorspelde higgsdeeltje was de ultieme test.
Het Standaard Model heeft tot nog toe echter geen antwoord op de vraag wat donkere materie zou kunnen zijn. Dat zou kunnen veranderen als detectoren als in de grote LHC-versneller in Genève onbekende deeltjes zouden vinden die opvallend langzaam uit elkaar spatten in bekende deeltjes.
Zulke nieuwe deeltjes bestaan zo lang dat ze na hun ontstaan bij protonbotsingen millimeters tot zelfs centimeters wegvliegen voor ze vervallen in een zogenoemde displaced vertex. De meeste gewone botsingsprocessen komen nooit zo ver.
Tot nog toe hebben experimenten als de LHCb-detector op CERN, deels een Nikhef-project, zulke verschijnselen niet waargenomen. Ook de ATLAS-detector speurt ernaar. Maar de analyses van de botsingsbeelden hangen sterk af van de theoretische verwachtingen van eventuele donkere-materiedeeltjes. Tijdens de workshop van 23-25 oktober op Nikhef, de vijfde in drie jaar, zullen theoretici en experimentatoren proberen hun zoekmethodes naar mogelijke langlevende deeltjes nog verder aan te scherpen.
In de rubriek FOCUS worden actuele onderwerpen belicht uit de wereld van de deeltjes- en astrodeeltjesfysica.