Wetenschappers zien voor het eerst materie ontstaan uit 'niets': direct bewijs dat het vacuüm bijdraagt aan massa

In dit artikel:

Onderzoekers bij het Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in New York, verbonden aan het Brookhaven National Laboratory en werkend binnen de STAR-collaboratie, hebben voor het eerst rechtstreeks waargenomen dat quarks en antiquarks spontaan uit het vacuüm ontstaan. In protonbotsingen in de Solenoidal Tracker-detector genereerden ze voldoende energie om virtuele quark-antiquarkparen ‘realiteit’ te laten worden; deze combineerden snel tot hyperonen, wat aangeeft dat de deeltjes niet uit de botsende protonen kwamen maar uit lege ruimte zelf.

De cruciale aanwijzing zat in de spin-correlaties van die hyperonen. Quarks die uit het vacuüm ontstaan dragen gekoppelde spins die behouden bleven toen de hyperonen binnen een fractie van een nanoseconde vervielen. Dat maakte het mogelijk te traceren dat de bron vacuümfluctuaties waren en niet de oorspronkelijke botsing. “Dit is de eerste keer dat we het hele proces direct hebben kunnen volgen,” aldus Zhoudunming You van de STAR-collaboratie.

Wetenschappelijk is dit belangrijk omdat de kwantumchromodynamica (QCD) lang voorspelde dat het vacuüm — in tegenstelling tot het klassieke begrip van absolute leegte — continu fluctuerende virtuele deeltjes bevat en dat interacties met dat vacuüm een groot deel van de massa van quarks kunnen genereren. De STAR-waarnemingen leveren nu het eerste directe experimentele bewijs dat lege ruimte actief bijdraagt aan massavorming, en bieden een nieuwe, praktische manier om die vacuümeigenschappen te bestuderen.

De resultaten zijn veelbelovend maar voorlopig: alternatieve verklaringen moeten nog worden uitgesloten en aanvullende metingen zijn nodig. Toekomstige runs bij RHIC en vergelijkbare studies bij grote versnellers zoals CERN’s Large Hadron Collider zullen deze bevindingen verfijnen. In bredere context betekent dit een belangrijke stap richting het begrijpen van hoe massa voor de meeste zichtbare materie ontstaat — een aspect dat aanvullend is op, maar anders dan, het Higgs-mechanisme voor elementaire deeltjes.