NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/schending-van-lorentzinvariantie-bij-betaverval-nr-114/

Geprint op :
11 december 2018
17:57:26

De uitkomst van een experiment mag niet afhangen van de snelheid of oriëntatie van het laboratorium waarin het experiment plaatsvindt. Aan deze fundamentele symmetrie, Lorentzinvariantie genaamd, moeten alle krachten in de natuur voldoen. Krachten zijn ook invariant onder spiegeling (pariteit, P), verwisseling  van materie en antimaterie (ladingsconjugatie, C) en tijdsomkering (T). De uitzondering is de zwakke kracht. Deze kracht is verantwoordelijk voor bètaverval, dat optreedt wanneer een atoomkern een elektron of positron uitstraalt. Alleen de combinatie van de drie symmetrieën samen, CPT-symmetrie, is bij de zwakke kernkracht behouden (zie filmpje). Als CPT toch geschonden wordt, betekent dat ook dat Lorentzsymmetrie gebroken moet zijn. Daarom bestuderen de onderzoekers van dit onderzoeksprogramma de Lorentzsymmetrie van bètaverval. Hierover is nog weinig bekend, dus de onderzoekers moesten zowel theorie als experiment ontwikkelen.

Experiment
De onderzoekers brengen een radioactieve bundel van het kortlevende isotoop 20Na tot stilstand in neongas. Vervolgens polariseren ze de 20Na -atomen met laserlicht, waardoor de spin (de draaias) van de atoomkernen in een bepaalde richting wordt gezet. Met dit systeem bepalen ze of de vervalsnelheid van het isotoop afhankelijk is van de spinrichting van de kernen. Als de vervalsnelheid niet gelijk is bij verschillende spinoriëntaties, is Lorentzsymmetrie geschonden.

De onderzoekers meten hoeveel kernen gericht staan met behulp van het positron dat bij bètaverval wordt uitgezonden. Dat proces breekt de spiegelsymmetrie, en vertelt hoe de kernen van het 20Na staan ten opzichte van de richting van het uitgezonden bètadeeltje, net zoals in het beroemde experiment van madame Wu.  

De vervalsnelheid wordt gemeten met gammastraling. Hier zijn de telsnelheden onafhankelijk van de richting. Als Lorentzsymmetrie gebroken is, zou dat echter wel zo zijn. Het experiment zet hiermee een limiet op de mate van Lorentzsymmetrieschending in de orde van 10-3.

De onderzoekers willen hun werk voortzetten bij het CERN-experiment LHCb, waar zwak verval heel dichtbij de lichtsnelheid gemeten kan worden. De gevoeligheid voor schending van Lorentzinvariantie is dan het hoogst.