Cern vindt nieuwe hint voor scheurtjes in standaardmodel

Fysici hebben nieuwe aanwijzingen gevonden in hun zoektocht naar de heilige graal in het deeltjesonderzoek. Zij vonden mogelijk bewijs voor natuurkunde voorbij het standaardmodel, het model dat (tot nog toe) alle deeltjes en hun onderlinge interacties verbindt.

Het LHCb-experiment bij Cern vond een mogelijke hint dat er meer is dan alleen het bekende standaardmodel. Beeld: Cern.

Het deeltjesgedrag dat de natuurkundigen nu ontdekten wijkt namelijk af van wat het standaardmodel voorspelt. Die afwijking is overigens zeer welkom omdat het standaardmodel een aantal zaken – zoals de ware werking van zwaartekracht – maar niet kan verklaren. Fysici hopen daarom dat er ‘meer’ is, maar blijken tot nog toe niet in staat dat te vinden.

Het resultaat dat de onderzoekers nu boekten is een hint dat ze op de juiste weg zijn, maar is statistisch nog niet stevig genoeg om nu al van een ontdekking te spreken. Het huidige signaal heeft een significatie van 2,2 tot 2,5 sigma. Dat betekent dat er een kans van grofweg één op de vijftig bestaat dat je dit signaal meet, terwijl het ouderwetse standaardmodel toch klopt. Fysici spreken pas bij 5 sigma van een ontdekking. Die kans is dan namelijk gedaald tot grofweg één op een miljoen.

Voorzichtigheid is dus geboden. Vorig jaar vonden fysici nog hints voor het bestaan van een nieuw deeltje, hints die zelfs al 3 sigma sterk waren. Tot ieders teleurstelling verdween het deeltje na meer metingen echter als sneeuw voor de statistische zon. Fysicus Marcel Merk, die bij het Nederlandse deeltjesfysica-instituut Nikhef groepshoofd is van het experiment dat de hint als eerste opving, stelt in een blog op de site van het instituut desondanks dat het er in dit geval ‘aardig op begint te lijken’ dat ze beet hebben.

LEESTIP! Lees alles over nog onontdekte deeltjes in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. Bestel het boek in onze webshop!
LEESTIP Lees alles over onontdekte deeltjes en onbekende krachten in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. €17,50. Bestel nu in onze webshop!

Deeltjesverval

Hij baseert zich daarbij op de meting van het LHCb-experiment. Dat mat hoe een zwaarder deeltje (een zogeheten Bo-meson) in de deeltjesversneller uiteenviel in een collectie andere deeltjes. Tussen die deeltjes bevinden zich onder andere elektronen en hun zwaardere tweelingbroertjes, de muonen.

Tot nog toe stelde het standaardmodel dat deze twee deeltjes identiek zijn, op hun massa na. Ze moeten zich daarom dus, afgezien van gevallen waar die massa van invloed is, exact hetzelfde gedragen. Een echte eeneiige tweeling, dus.

Dat verschijnsel noemen fysici overigens ‘lepton-universaliteit’, naar de verzamelnaam – lepton – die ze gebruiken om onder andere het  elektron, het muon en het nog zwaardere tau-deeltje mee te beschrijven.

De nieuwe metingen suggeren nu dat die lepton-universaliteit niet bestaat. In plaats van even vaak, blijken de muonen bij het gemeten verval namelijk net ietsje minder vaak te ontstaan. Dat is alleen mogelijk als er nog andere eigenschappen verschillen. Als ze bij wijze van spreken geen eeneiige, maar tweeeiige tweeling zijn.

‘Iets’ aan de hand

Het is niet voor het eerst dat dit soort hints opduiken. De sterkste hint dat lepton-universaliteit niet bestaat, heeft een betrouwbaarheid van 4 sigma, oftewel een kans van 1 op 20.000 dat je het signaal meet terwijl het standaardmodel (inclusief lepton-universaliteit) toch klopt. Dat resultaat werd geboekt bij bij metingen van verschillen in het ontstaan van muonen en tau-deeltjes. Het statistisch iets zwakkere nieuwe  resultaat bevestigt daarom vooral het steeds sterker wordende beeld dat er ‘iets’ aan de hand is. Als dat beeld na verdere metingen overeind blijft, en de statistische betrouwbaarheid van de resultaten opgekrikt kan worden tot 5 sigma, kan dat verstrekkende gevolgen hebben in de natuurkunde. De meting kan bijvoorbeeld verklaren waarom deeltjes als het elektron maar in 3 soorten – met verschillende massa’s –  voorkomen en niet in, pak ‘m beet, 5, 12 of 100. Dat is een raadsel waar op dit moment nog niemand een antwoord op heeft.

Nog interessanter is dat de natuurkrachten die nu in het standaardmodel zitten geen onderscheid maken tussen die 3 soorten deeltjes. ‘Het gegeven dat alle krachten tussen verschillende geladen leptonen (elektron, muon, tau-deeltje) universeel zijn, geldt voor de bekende deeltjeskrachten: de wisselwerking met sterke gluonen, elektromagnetische fotonen, en zwakke W en Z bosonen’, schrijft Merk. ‘Het betreft een fundamenteel principe waarop het Standaardmodel is gebouwd.’ De nieuwe metingen roepen volgens hem daarom een dringende vraag op: ‘bestaat er nog een natuurkracht die anders is voor de verschillende types deeltjes?’

Het antwoord zou best weleens ja kunnen zijn. Volgens Merk is het resultaat daarom ‘héél spannend’. Bovendien kan het niet alleen de deur openen naar een nieuwe soort natuurkracht, maar het resultaat kan ook de volgende zet zijn in de pogingen van fysici om een overkoepelende ‘theorie van alles’ te bouwen. ‘Dan is er heel wat voer voor kosmologen om die nieuwe natuurwetten in te bouwen in de theorie van de Big Bang’, stelt Merk.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

Plaats een reactie