De kans dat CERN een nieuw deeltje heeft gevonden, is zojuist een stuk groter geworden. Nieuwe gegevens, die vandaag op een congres bekend zijn gemaakt, geven een nog grotere zekerheid dat de statistische ‘hobbels’ die wijzen op een nieuw deeltje daar niet toevallig terecht zijn gekomen.
In december vorig jaar werd voor het eerst bekend dat in de meetgegevens van de LHC uit 2015 iets interessants verscholen ligt. De twee grote detectoren, Atlas en CMS, lieten beiden op een zelfde energieniveau een ‘hobbeltje’ in de gegevens zien. Dit hobbeltje zit op een energieniveau van 750 GeV (gigaelektronvolt), een aanduiding om de energie – en dus massa – van deeltjes te beschrijven.
Het hobbeltje symboliseert een teveel aan fotonen. Fotonen komen onder meer vrij wanneer een nieuw deeltje ontstaat, wat de intrigerende mogelijkheid geeft dat op 750 GeV een tot nu toe onbekend, zwaar deeltje het levenslicht heeft gezien. Het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica, dat verklaart hoe alle materie in het universum in elkaar zit, laat geen ruimte voor een nieuw deeltje. Als er toch een wordt gevonden, betekent dit een revolutionaire eerste stap buiten het standaardmodel.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
De grote uitdaging waar de teams van CMS en Atlas voor staan, is de zekerheid van de vondst op te schroeven. Deeltjesfysici spreken pas van een ontdekking bij een zekerheid van 5 sigma, wat zoveel betekent als een kans van minder dan 1 op de 3,5 miljoen dat het waargenomen patroon is toe te schrijven aan toeval. Op de Moriond-conferentie vandaag werd gepresenteerd dat de metingen van Atlas een zekerheid hebben van 3,9 sigma en die van CMS van 3,6 sigma. Een stap in de goede richting, aangezien men tot nu toe werkte met zekerheden van respectievelijk 3,6 en 2,5.
Weddenschappen
‘In de december was ik nog sceptisch over de gegevens van CMS, maar inmiddels begin ik echt enthousiast te worden’, zegt Tristan Du Pree die als deeltjesfysicus verbonden is aan het CMS-experiment. De hogere zekerheid die CMS heeft gepresenteerd, komt doordat nu meer data beschikbaar was. Door een defecte koeling heeft een magneet in de detector een tijdje uitgestaan. Omdat sommige experimenten die magneet nodig hebben, is de data van botsingsrondes waarbij de magneet uitstond in eerste instantie niet geanalyseerd. Voor de analyse van de fotonenhobbeltjes is de magneet echter niet van belang, omdat die geen effect heeft op ongeladen deeltjes. Het meenemen van gegevens van de ‘magneetloze’ botsingsrondes zorgt nu voor een grote sprong in zekerheid.
Toch is de ‘gouden standaard’ van 5 sigma nog niet bereikt. ‘Maar het begint wel héél toevallig te worden allemaal’, zegt Du Pree. ‘Wetenschappelijk kunnen we nog niet van een vondst spreken, maar dat je nu in zoveel verschillende datasets dezelfde fluctuatie ziet, betekent dat dit echt serieus is. Ik kom nu op het punt dat ik er weddenschappen op durf af te sluiten dat we echt wat hebben gevonden.’
Deeltjesfysicus Ivo van Vulpen, verbonden aan het Atlas-experiment, is evenals Du Pree enthousiast over de nieuwe gegevens. ‘Ze hebben alle gegevens helemaal uitgeplozen en er zit echt helemaal niets geks in dat de resultaten tegenspreekt’, zegt hij. Ook Atlas laat een verhoogde zekerheid zien. Dit komt doordat de CMS-fysici de gegevens nog beter onder de loep hebben genomen, verduidelijkt Van Vulpen. ‘Door betere kalibratie hebben ze nog met een nog hogere precisie naar de gegevens kunnen kijken.’
Kat-in-het-bakkie
Mochten de hobbeltjes daadwerkelijk een voorbode zijn voor een nieuw deeltje, dan werpt de vraag zich op wat voor deeltje het nou eigenlijk is. Gespeculeer onder deeltjesfysici heeft al een brede keur aan mogelijkheden opgeworpen: van een graviton, een tot de verbeelding sprekend elementair deeltje dat zwaartekracht overdraagt, tot een samengesteld deeltje waarbij een nog onbekende vijfde fundamentele natuurkracht de verschillende componenten bij elkaar houdt. De gegevens van vandaag lijken echter te wijzen in de richting van een zwaardere neef van het higgsdeeltje. Dit heeft te maken met de spin, een quantummechanische eigenschap. ‘De gegevens lijken een spin van 0 te prefereren’, zegt Van Vulpen. Dit zou passen bij een nieuw higgsdeeltje, terwijl een graviton een spin van 2 vereist. ‘Maar het blijft wel echt bij speculeren’, zeggen zowel Van Vulpen als Du Pree hierover.
Voor meer duidelijkheid, zullen meer botsingen moeten worden gemaakt. Als uit die botsingen eveneens statistische hobbeltjes op een energieniveau van 750 GeV rollen, dan kruipen we langzaam richting de benodigde zekerheid om van een ontdekking te kunnen spreken. In april gaat de LHC weer aan en zullen deze botsingen plaats gaan vinden. De resultaten hiervan zullen naar buiten komen tijdens de internationale conferentie over hoge-energiefysica op 3 augustus in Chicago. Iedereen in de deeltjesfysicawereld zal ook dan weer op het puntje van de stoel zitten. Van Vulpen schetst alvast de mogelijkheid waar iedereen op hoopt. ‘We hebben straks drie keer zoveel data om te bestuderen. Als we dan hetzelfde of een sterker signaal vinden, dan is het kat-in-het-bakkie.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: