Een experiment heeft aangetoond dat een elektron langer leeft dan vrijwel alles

66.000 yottajaar is een 66 gevolgd door 27 nullen. Dat ziet er zo uit.

66,000,000,000,000,000,000,000,000,000

Volgens nieuwe metingen is dit de verwachte levensduur van een elektron. Natuurkundigen verbonden aan het Borexino-experiment in Italië hebben dit deze week in Physical Review Letters gepubliceerd. Zoals Physics World zegt, is dit grofweg vijf triljoen keer langer dan de huidige leeftijd van het universum.

Dit is ongeveer de verwachting volgens het Standaardmodel van de deeltjesfysica, wat op dit moment de beste, maar lang niet complete, omschrijving van de fundamentele vormen waarin materie voorkomt in het universum. Elektronen vervallen volgens dit model niet, omdat er geen ander deeltje – met minder massa – bestaat waarin het, met behoud van lading, zou kunnen vervallen. Er bestaan wel deeltjes die minder massa hebben, zoals neutrino's en fotonen, maar die hebben ook geen lading. Als een elektron in een van deze deeltje zou vervallen, zou dat een fundamentele wet van de natuurkunde breken: de wet van behoud van energie.

Nu is dat niet meteen een ramp. We weten dat het Standaardmodel verschillende tekortkomingen heeft. Zo hebben bijvoorbeeld donkere materie, donkere energie, zwaartekracht en de relatie tussen antimaterie en materie, geen plaats in het model. De tekortkomingen zijn de hele reden waarom we zoeken naar onwaarschijnlijke gebeurtenissen, zoals het verval van elektronen, en waarom experimenten zoals Borexino bestaan.

"Ondanks dat [de wet van behoud van energie] op dit moment onomstreden is, zijn experimenten die het ter discussie stellen een manier om te zoeken naar de natuurkunde die buiten het Standaardmodel ligt. Dit moet met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid bestudeerd worden," zo stelt het paper. "In dit paper wordt een experimentele zoektocht naar een elektronenverval beschreven waarbij energie niet behouden blijft. Er bestaat geen theorie die een dergelijk verval voorspelt."

Borexino is eigenlijk een detector voor zonneneutrino's. De installatie staat ondergronds en het bestaat uit een enorme bol met een diameter van ongeveer 18 meter. Het is gevuld met een benzineachtige substantie die de eigenschap heeft om op te lichten zodra er een elektron losraakt door een botsing met een neutrino. Tweeduizend lichtversterkers hebben de functie om die kleine flitsjes zichtbaar te maken en ze te registreren.

De wetenschappers kijken alleen naar "evenementen" van rond de 256 kilo-elektronvolt. Dat komt overeen met de helft van de massa van een elektron. Als zo'n evenement plaatsvindt, zou dat kunnen duiden op het verval van een elektron dat de wetten van de natuurkunde op zijn kop zou zetten.

In de 408 dagen aan data die de wetenschappers hebben bestudeerd hebben ze nog niet zo'n evenement gevonden. Met deze data kunnen we nu met zekerheid zeggen dat een elektron niet binnen 66.000 yottajaar vervalt. Daarna zou het wel kunnen, maar om dat te weten moeten we nog nauwkeurigere experimenten uitvoeren over een nog langere tijd. Dus, laten we het voor nu maar aannemen dat elektronen gewoon niet vervallen.

Er staat ook een open-accessversie van het hele onderzoek op arXiv.