No Slide Title

B-Fysica: Materie, antimaterie en Oerknal
( het mysterie van CP-schending )
Hoe komt het dat ons Heelal uit (overwegend) materie bestaat? Volgens de meest
gangbare theorie zijn tijd en ruimte ooit ontstaan tijdens de Oerknal. Daarbij werd ook
een gigantische hoeveelheid energie gecreeerd waaruit evenveel materie als antimaterie
ontstond. Deze materie en antimaterie hadden elkaar vervolgens weer kunnen
vernietigen, maar dat is niet gebeurd. Kennelijk ontstond een overschot aan materie
waaruit ons Heelal en wijzelf zijn opgebouwd. Welk mechanisme hierbij een rol heeft
gespeeld is niet helemaal duidelijk.
Metingen tonen aan dat
in het huidige Heelal
niet meer dan ongeveer
0.01 % antimaterie
aanwezig is.
Verder vindt men voor
elk proton ongeveer
een miljard fotonen.
E=
2
mc
Energie kan worden omgezet in materie en antimaterie. Experimenten tonen
aan dat hierbij steeds evenveel materie als antimaterie gevormd wordt.
e+e-    qq
Hubble opname (Courtesy NASA)
We kunnen de CP-symmetrie toelichten aan de hand van een tekening van
Escher. Tekening (a) is het origineel en stelt de een wereld van materie voor.
Tekening (b) wordt verkregen na een spiegelinversie. Het resultaat wijkt
duidelijk af van ons origineel – de witte paarden lopen nu naar rechts! Dit
demonstreert schending van spiegelsymmetrie (P-operatie). Vervolgens
passen we ladingsomkering (C-operatie) toe – witte paarden vervangen door
zwarte, en omgekeerd. De verkregen tekening (c) is niet van het origineel te
onderscheiden. Toen fysici de wereld in groot detail bestudeerden, hadden ze
geen verschil verwacht met de wetten van een gespiegelde antiwereld
CP schending in
verval van neutrale
kaonen en antikaonen
als functie van de tijd.
Hoe zou een antiwereld er uitzien? Tot aan 1964 dacht men dat de wereld
er precies hetzelfde uit zou zien wanneer je elk deeltje in het heelal zou
vervangen door zijn antideeltje, op voorwaarde dat je tegelijkertijd de
wereld in een spiegel zou bekijken. Men dacht namelijk dat in zo'n
gespiegelde antiwereld precies dezelfde natuurkundige wetten golden als
in onze eigen wereld. In meer natuurkundige termen: de wetten van de
natuurkunde veranderen niet wanneer gelijktijdig omkering van lading
(deeltjes omzetten in antideeltjes) en pariteit (spiegelen van ruimte,
waardoor linksdraaiende spin omgezet wordt in rechtsdraaiende spin en
vice versa) plaatsvindt. Dit wordt CP-symmetrie genoemd.
(a) origineel
(b) P-operatie
(c) CP operatie
In 1964 werd echter een schending van de CP symmetrie gevonden. Dat gebeurde tijdens
metingen aan elektrisch neutrale kaonen. In 2001 werd gemeten dat ook B-mesonen tijdens
hun korte leven onder invloed van de zwakke kracht spontaan kunnen overgaan in hun
antideeltje en weer terug. Men krijgt daardoor in feite te maken met deeltjes die ten dele het
karakter hebben van materie en ten dele van antimaterie.

B 

0
 0
B


B 

0
 0
B

Nauwkeurige metingen aan het verval van deze merkwaardige objecten toonden tot ieders
verrassing een kleine schending van CP-symmetrie. Het ligt dus voor de hand om te denken
dat dit mechanisme ook ten grondslag ligt aan de dominantie van materie in het Heelal.
Gedetailleerde berekeningen laten echter zien dat het gemeten effect hiervoor te klein is.
LHCb GROEP