Een subatomair deeltje genaamd het muon veroorzaakte onrust toen zijn gedrag in experimenten niet overeenkwam met een theoretische voorspelling. Een nieuwe berekening zou die discrepantie kunnen oplossen, maar sommige deeltjesfysici zijn sceptisch.
Het raadselachtige gedrag van een deeltje genaamd het muon, waarvan sommige wetenschappers denken dat het een teken van nieuwe fysica kan zijn, zou verklaard kunnen worden door onze huidige theorieën. Dat blijkt uit een nieuwe berekening die volgens de voorstanders de meest nauwkeurige ooit is. Maar niet alle natuurkundigen zijn overtuigd.
G-factor muon
Het muon is een klein geladen deeltje dat lijkt op het elektron, maar veel zwaarder is. Door zijn elektrische lading draait en wiebelt het een beetje wanneer het in een magnetisch veld wordt geplaatst. Hoe erg een muon draait en wiebelt wordt gemeten met een grootheid die de g-factor wordt genoemd. Recente metingen van de g-factor van het muon, gedaan door wetenschappers van Fermilab in Illinois, laten zien dat het iets sneller lijkt te draaien dan de voorspelling van het standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit standaardmodel is het beste beeld dat fysici hebben van hoe alle deeltjes en krachten elkaar beïnvloeden.
‘Het ITER-uitstel is minder dramatisch dan het lijkt’
‘ITER tien jaar vertraagd’, kopten de media. Maar de momenten waar het bij deze kernfusiereactor écht om gaat worden veel minder uitgesteld.
Deze voorspelling is gebaseerd op een algemene berekening die de eigenschappen van veel verschillende deeltjes nauwkeurig heeft voorspeld. Maar voor het muon is er een verschil tussen de voorspelling en de metingen. Dat maakt natuurkundigen enthousiast, omdat het kan wijzen op nieuwe fysica, die dat verschil zou kunnen verklaren.
Nieuwe techniek
Zoltan Fodor, van de staatsuniversiteit in Pennsylvania, en zijn collega’s suggereren nu echter dat die discrepantie misschien helemaal niet bestaat. Met behulp van een techniek die lattice quantumchromodynamica (lattice QCD) heet, berekenden ze de nauwkeurigste theoretische waarde voor de g-factor tot nu toe. Ze ontdekten dat deze overeenkomt met de meting van Fermilab. ‘Als onze berekening klopt, dan lijkt het erop dat de meting een prachtige bevestiging is van het standaardmodel’, zegt Fodor. Ze publiceerden hun berekeningen op de preprintwebsite ArXiv.
Hun lattice QCD-aanpak is nieuwer en minder vaak getest dan de theoretische techniek die een discrepantie vond, maar heeft zichzelf al wel bewezen bij het berekenen van bepaalde grootheden – zoals de massa van het proton of neutron. Die berekeningen komen nauw overeen met experimentele metingen. Deze resultaten suggereren dat de techniek deugt, aldus Fodor. ‘Het klopt met de metingen tot op 12 cijfers’, zegt hij. ‘Het is een fantastische triomf.’
Onzekerheden
Maar omdat de nieuwere techniek nog niet zo vaak is getest, kunnen er nog steeds problemen zijn met de berekeningen, zegt Alex Keshavarzi van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk. ‘Ik zeg niet dat we er niet op moeten vertrouwen, maar de onzekerheden die eruit voortvloeien zijn groot en ze zijn moeilijk te kwantificeren.’
Hoewel het nieuwe resultaat lijkt overeen te komen met de meting van Fermilab, wil dat nog niet zeggen dat het klopt en dat de oudere berekening fout is, zegt Fedor Ignatov van de Universiteit van Liverpool, ook in het Verenigd Koninkrijk. Onderzoekers moeten nog steeds begrijpen waarom de resultaten verschillen. ‘Het is mooi dat het consistent is met de meting van Fermilab. Maar totdat we andere delen van dit probleem begrijpen, kunnen we niet beweren dat we het hebben opgelost.’
Om de nieuwe resultaten te bevestigen, zegt Fodor, moeten we wachten op andere groepen die momenteel werken aan hun eigen lattice QCD-berekeningen, en op verdere experimentele gegevens van muonen die worden verwacht van het J-PARC-experiment in Tokai, Japan. Als die overeenkomen, dan zal dat er sterk op wijzen dat het standaardmodel juist is, zegt hij.
‘We moeten begrijpen dat het meestal moeilijker is om een enkele meting te berekenen’, aldus Ignatov.
