Fijnstructuur-constante blijkt toch niet veranderd

Nieuwe metingen aan quasars tonen aan dat de zogeheten fijnstructuurconstante in de loop van de tijd niet is veranderd (Astronomy & Astrophysics 417 (III), april). De fijnstructuurconstante is een van de natuurconstanten die wetenschappers gebruiken voor het verklaren en beschrijven van de fysica van het heelal. Drie jaar geleden werd in vakbladen en ook in deze krant gesuggereerd dat deze constante in de loop van de kosmische tijd mogelijk iets was toegenomen. Als dat inderdaad het geval is, heeft dat heel belangrijke gevolgen voor zowel onze kennis van de fysica als die van de evolutie van het heelal.

In de fysica zijn ongeveer 25 natuurconstanten in gebruik. De meest bekende zijn de gravitatieconstante (die de sterkte van de kracht tussen twee massa's bepaalt) en de snelheid van het licht. De fijnstructuurconstante (alfa), bepaalt de sterkte van de wisselwerking tussen geladen deeltjes en magnetische velden. Hij beschrijft hoe atomen door elektromagnetische krachten bijeen worden gehouden en hoe licht met atomen in wisselwerking treedt. In de Physical Review Letters van 27 augustus 2001 meldde de Australische astronoom John Webb dat hij uit het licht van verre quasars had afgeleid dat alfa 7 miljard jaar geleden 5 miljoenste deel kleiner was dan nu. Dat baarde enig opzien, maar omdat het verschil met de huidige waarde zo gering was kon de mogelijkheid dat het om meetfouten ging niet worden uitgesloten.

Op de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili hebben astronomen het onderzoek van Webb daarom herhaald, maar nu een stuk nauwkeuriger. Patrick Petitjean en zijn collega's bestudeerden met een zeer gevoelige spectrograaf het ultravioletspectrum van 18 quasars op afstanden van zo rond de 10 miljard lichtjaar van de aarde. De quasarspectra vertonen donkere lijnen die ontstaan doordat het quasarlicht door gaswolken die er voor liggen wordt geabsorbeerd. Soms blijken zulke lijnen opgesplitst in dunnere lijntjes en het zijn nu de onderlinge posities van deze `multiplets' die informatie geven over de fijnstructuurconstante.

Door de fijnstructuur van deze verre (ook in de tijd) atomen te vergelijken met die in het laboratorium, kan worden nagegaan of de fijnstructuurconstante in de loop van de tijd is veranderd. Volgens Petitjean en zijn collega's blijkt dat niet het geval. De gemeten waarden van tien miljard jaar geleden verschillen binnen de meetfouten niet met die van nu. Als de fijnstructuurconstante al veranderd zou zijn, zou die verandering kleiner dan 0,6 miljoenste deel moeten zijn geweest: een factor tien kleiner dan de waarde die drie jaar geleden door Webb werd gemeld. De fysica hoeft niet dus op de helling, maar de grote vraag blijft waarom deze en andere natuurconstanten de waarde hebben die ze hebben. Is het toeval, of komen ze voort uit nog fundamenteler grondbeginselen? Dat is de vraag waar theoretisch fysici mee blijven worstelen.