LHC ontdekt cruciale asymmetrie tussen materie en antimaterie

Ruimte

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 17 juli 2025

Artistieke impressie van een beauty-lambda-baryon, bestaande uit een up-quark, een down-quark en een beauty-quark. [Afbeelding: Daniel Dominguez/CERN]

Schending van de laadpariteit

Wetenschappers van de Large Hadron Collider (LHC) hebben voor het eerst een verschil vastgesteld in het gedrag van materie en antimaterie in de subatomaire deeltjes die het grootste deel van het waarneembare heelal vormen.

De oerknal had gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten creëren, maar we zien bijna geen antimaterie in het huidige heelal. Een sleutel tot de verklaring hiervoor ligt in het vinden van een verschil in het gedrag van materie en antimaterie, bekend als ladingpariteitsschending.

Het LHCb-detectorteam heeft dit verschil nu voor het eerst waargenomen in een klasse van subatomaire deeltjes genaamd baryonen, waartoe neutronen en protonen behoren, die op hun beurt atoomkernen vormen. Met andere woorden, er is een schending van de ladingpariteit gevonden in de deeltjes die het grootste deel van de materie vormen die we in het heelal kunnen waarnemen.

Deze asymmetrie in het gedrag van materie en antimaterie wordt voorspeld door het Standaardmodel van de natuurkunde en is al meer dan 60 jaar experimenteel waargenomen in subatomaire deeltjes, mesonen genaamd (bosonen, pionen en kaonen zijn voorbeelden van mesonen), maar was nog nooit eerder waargenomen in baryonen. In tegenstelling tot mesonen, die uit twee quarks bestaan, bestaan baryonen uit drie quarks.

"De reden dat het langer duurde om CP-schending in baryonen waar te nemen dan in mesonen, is de omvang van het effect en de beschikbare gegevens", legt Vincenzo Vagnoni, woordvoerder van LHCb, uit. "We hadden een machine zoals de LHC nodig die in staat was om een voldoende groot aantal baryonen en hun antimaterie-tegenhangers te produceren, en we hadden een experiment met die machine nodig om hun vervalproducten te identificeren. Er waren meer dan 80.000 baryonvervallen nodig om voor het eerst de materie-antimaterie-asymmetrie bij deze klasse deeltjes waar te nemen."

Illustratie van de productie van baryonen bij een botsing en hun verval. [Afbeelding: 10.1038/s41586-025-09119-3]

Waar is al die antimaterie gebleven?

Asymmetrie van de ladingpariteit onthult een verschil in gedrag tussen baryonische materie en antimaterie. Hoewel deze schending voorspeld was, lost het de kwestie van de onbalans tussen materie en antimaterie in het heelal niet op.

In feite is de door het Standaardmodel voorspelde mate van schending ongeveer 10 ordes van grootte kleiner (1 x ¹⁰⁻¹⁰ ) dan nodig is om de waargenomen materie-antimaterie-asymmetrie in het heelal te verklaren. Dit suggereert het bestaan van nieuwe bronnen van ladingspariteitschending naast die voorspeld door het Standaardmodel. De zoektocht naar deze extra schendingen is een belangrijk onderdeel van het natuurkundeprogramma van de LHC, maar het gebrek aan resultaten tot nu toe wijst erop dat dit het aandachtspunt zal blijven van toekomstige versnellers die het mogelijk opvolgen.

Hoe dan ook, het experimenteel blootleggen van de details van deze schending zal belangrijke aanwijzingen opleveren en mogelijkheden openen voor verder theoretisch en experimenteel onderzoek naar de aard van de schending van de ladingpariteit. Deze ontdekkingen effenen mogelijk de weg voor de zoektocht naar nieuwe fysica voorbij het Standaardmodel.

"In hoe meer systemen we CP-schendingen waarnemen en hoe nauwkeuriger de metingen, hoe meer mogelijkheden we hebben om het Standaardmodel te testen en naar de natuurkunde daarbuiten te kijken", concludeerde Vagnoni.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen