Nieuw onderzoek brengt ons dichter bij een mysterie van het universum
Nieuwe methode helpt bij zoektocht naar fundamentele eigenschappen van het elektron – en daarmee naar de samenstelling van het heelal.
Waarom bestaat er veel materie, maar nauwelijks antimaterie in het universum? Het is een van de grote open vragen in de natuurkunde. De standaardtheorie over hoe de kleinste deeltjes in het universum zich gedragen – het zogeheten Standaardmodel – kan die ongelijkheid niet volledig verklaren. Daarom zoeken wetenschappers wereldwijd naar aanwijzingen voor nieuwe natuurwetten. Eén van die aanwijzingen zou kunnen liggen in een minuscuul verschijnsel: een elektrische ladingsverdeling binnen het elektron, ook wel het elektrisch dipoolmoment genoemd.
Natuurkundige Maarten Mooij draagt aan deze zoektocht bij met een bijzondere aanpak. In plaats van enorme deeltjesversnellers zoals die bij CERN, ontwikkelde Mooij een uiterst precieze methode om het gedrag van elektronen te bestuderen in een speciaal molecuul: bariumfluoride (BaF). Door deze moleculen in een extreem koude, gecontroleerde omgeving te onderzoeken, wordt het mogelijk om zeer nauwkeurig te meten of er een kleine asymmetrie – een ladingsverdeling – in het elektron bestaat.
Kern van Mooijs onderzoek is een speciale bron die een intense bundel van langzame BaF-moleculen produceert. Hoe trager de moleculen, hoe langer ze kunnen worden bestudeerd, wat de nauwkeurigheid van de metingen vergroot. Zijn opstelling blijkt zeer efficiënt: er komen veel moleculen uit, en ze bewegen relatief langzaam – precies wat nodig is voor precisiemetingen.
Om de eigenschappen van deze molecuulenbundel nog beter te begrijpen, ontwikkelde Mooij ook een nieuwe meetmethode die per molecuul de snelheid én positie in kaart brengt. Daarmee ontdekte hij drie onderliggende processen die bepalen hoe snel de moleculen uit de bron komen – cruciale informatie voor vervolgonderzoek.
De maatschappelijke waarde van dit onderzoek ligt in het grotere plaatje: het helpt de wetenschap op een alternatieve manier – naast grootschalige experimenten zoals bij CERN – om fundamentele vragen over ons universum te beantwoorden. Door verschillende onderzoeksmethoden naast elkaar te gebruiken, wordt de kans groter dat natuurkundigen onbekende gebieden binnen de deeltjesfysica ontdekken.
Dit soort fundamenteel onderzoek levert niet direct tastbare toepassingen op, maar vergroot ons begrip van de natuurwetten die alles om ons heen bepalen. En dat is de eerste stap naar doorbraken die op termijn wel degelijk ons dagelijks leven kunnen beïnvloeden – van technologie tot ons wereldbeeld.
Meer informatie over het proefschrift