Deeltje met extreem veel energie knalt op aarde, niemand snapt waar het vandaan kwam

Dat deeltje knalde met een energie van 240 exa-elektronvolt op de aarde, zo schrijven fysici donderdag in een artikel in vakblad Science. Dat is grofweg veertig miljoen keer meer dan de energie waarmee protonen op elkaar botsen in de Large Hadron Collider van natuurkunde-instituut Cern, de krachtigste deeltjesversneller in de wereld.

‘Het is een hoeveelheid energie die we als mensheid op geen enkele manier aan een deeltje mee zouden kunnen geven. Het is zo ontzettend veel dat het mijn voorstellingsvermogen eerlijk gezegd te boven gaat. En ik zit al achttien jaar in het vak’, zegt Charles Timmermans van de Radboud Universiteit, expert op het gebied van dit soort kosmische deeltjesinslagen.

Eenmaal per eeuw

Timmermans is onder meer verbonden aan het Pierre Auger-observatorium, de concurrent op het zuidelijk halfrond van het Telescope Array-experiment, die aan de andere kant van de planeet de inslag van dit bijzondere deeltje zag. Dat je daarvoor zulk soort specialistische experimenten nodig hebt, komt doordat het zeer lastig is deze zeer energierijke kosmische deeltjes te betrappen. Ze knallen zo weinig op aarde dat ze op een oppervlak van een vierkante kilometer gemiddeld slechts eenmaal per eeuw opduiken. Om de kansen op een meting wat op te schroeven, houden zulke observatoria een enorm gebied in de gaten. In het geval van de Telescope Array in Utah in de Verenigde Staten is dat zo’n 700 vierkante kilometer.

Dat fysici zoveel moeite steken in het speuren naar dit soort deeltjesinslagen heeft drie redenen, zegt Timmermans. ‘Allereerst weten we sinds de jaren zestig dat dit soort deeltjes bestaan, maar snappen we niet hoe ze kunnen bestaan. Het is een raadsel en dat willen we nu eenmaal graag oplossen’, begint hij.

‘Ten tweede: wanneer we ontdekken hoe de natuur iets voor elkaar krijgt dat we zelf nooit zouden kunnen, kan dat heel leerzaam zijn. En tot slot: we kunnen nu zien wat er in de atmosfeer gebeurt wanneer zo’n heel energiek deeltje daar op andere deeltjes botst. Dat is een experiment dat we in het lab niet kunnen doen, en door te kijken leren we meer over hoe de natuurkunde werkt.’

Leegte in het universum

En dan werpt het nieuw ontdekte deeltje de fysici ook nog een vers raadsel voor de voeten. Na analyse lijkt het namelijk afkomstig uit een gebied aan de hemel waar eigenlijk niet zo heel veel zit, een zogeheten leegte in de grootschalige structuur van het heelal. En dat terwijl men verwacht dat je juist iets nodig hebt als een zwart gat of een actief sterrenstelsel om zo’n deeltje de benodigde zet te geven.

‘Echt heel opvallend en totaal onverwacht’, oordeelt Timmermans. Mogelijke verklaringen zijn er wel, schrijven de onderzoekers in hun vakartikel. Wellicht is het deeltje onderweg veel sterker afgebogen door een kosmisch magneetveld dan fysici tot nog toe mogelijk achtten. Of, dat kan ook nog: misschien snappen ze gewoon wel te weinig van hoe de deeltjesfysica echt werkt. Timmermans: ‘Voor dit onderzoeksveld is dit daarom een heel belangrijke vondst.’