Het lijkt erop dat het inflaton – in theorie verantwoordelijk voor de supersnelle uitdijing van het heelal – niet bestaat.

Wanneer we vandaag de dag naar de kosmische achtergrondstraling kijken, komen we voor een raadsel te staan. De kosmische achtergrondstraling – in feite niets anders dan de warmtestraling die kort na de oerknal is uitgezonden – heeft op dit moment een temperatuur van zo’n 2,7 Kelvin en vult het hele universum op een uniforme manier. En dat is gek, zo legt onderzoeker Marcin Chrzaszcz uit. “Wanneer we naar het heelal kijken, dan zijn de fragmenten die zichtbaar zijn in de ene richting zo ver verwijderd van de fragmenten in de andere richting dat licht nog niet voldoende tijd heeft gehad om van het ene fragment naar het andere te reizen. Dus niets wat in één van deze gebieden gebeurd is, kan het andere gebied beïnvloed hebben. Maar waar we ook kijken is de temperatuur van de kosmos vrijwel identiek. Hoe kan het universum zo uniform zijn?”

Uitdijing
Om dat te kunnen verklaren, bedachten onderzoekers een theorie. Deze theorie stelt dat het universum in beginsel heel langzaam uitdijde, waardoor alle delen die we vandaag de dag zien de tijd hadden om de interactie met elkaar aan te gaan en dezelfde temperatuur te verkrijgen. Maar op een gegeven moment vond er in korte tijd een versnelde uitdijing van het heelal plaats. Achter die uitdijing zou een energieveld zitten dat onderzoekers het inflatonveld noemen. Zo’n veld heeft een ‘drager’ en dat is een deeltje dat onderzoekers inflaton noemen. “Lange tijd leek het beroemde Higgs-deeltje een goede kandidaat te zijn voor de inflaton,” vertelt Chrzaszcz. “Maar toen het in 2012 voor het eerst geobserveerd werd in de Europese deeltjesversneller LHC bleek het deeltje te zwaar te zijn.”

Bestaat niet
En dus werd de zoektocht naar het hypothetische inflaton – ook wel lichte inflaton genoemd, vanwege de beperkte massa die het deeltje zou moeten hebben – voortgezet. Maar zonder succes, zo kunnen onderzoekers nu melden. “We kunnen met grote zekerheid zeggen dat het lichte inflaton simpelweg niet bestaat.”

Large Hadron Collider
De onderzoekers baseren die conclusie op experimenten met de Large Hadron Collider. Met het oog op de massa van het inflaton zou je mogen verwachten dat het deeltje opduikt als andere deeltjes – B+mesonen genoemd – in verval raken. “Dus besloten we te kijken naar het verval van mesonen in de data die de LHC in 2011 en 2012 verzamelde,” legt onderzoeker Andrea Mauri uit. Als het lichte inflaton inderdaad zou bestaan, zou het soms op moeten duiken als B+mesonen vervallen en een K+meson en Higgs-deeltje ontstaat. Dat laatstgenoemde deeltje zou dan weer transformeren tot een inflaton. Maar onderzoekers konden in de data van LHC geen spoor van het lichte inflaton vinden. En dus concluderen ze dat het deeltje waarschijnlijk niet bestaan.

Hoe zit het dan? Het lijkt erop dat natuurkundigen moeten gaan overwegen dat het inflaton wellicht een grotere massa heeft dan gedacht of dat het mysterieuze deeltje verschillende varianten kent. Als in de toekomst echter ook die varianten van het deeltje niet gevonden kunnen worden, hebben we pas echt een probleem. Dan komt de versnelde uitdijing van het universum – een theorie die het uniforme karakter van de kosmische achtergrondstraling zo goed verklaart – namelijk werkelijk in het gedrang.