In 2022 waren natuurkundigen in rep en roer over metingen die erop wezen dat er iets niet klopte aan ons begrip van deeltjes en krachten. Nieuw onderzoek trekt deze metingen echter in twijfel.
Een mogelijk scheurtje in het standaardmodel van de deeltjesfysica lijkt te zijn gedicht. Nieuwe meetgegevens van de deeltjesversneller van CERN, de Large Hadron Collider (LHC), spreken een eerder raadselachtig resultaat tegen dat natuurkundigen deed vermoeden dat ze nieuwe, exotische fysica op het spoor waren. Maar er blijven wel nog wat raadsels over.
‘Het standaardmodel overleeft het voorlopig’, zei natuurkundige Josh Bendavid van het Massachusetts Institute of Technology op 17 september tegen een volle seminarzaal van CERN, het laboratorium voor deeltjesfysica in Zwitserland. Bendavid presenteerde nieuwe gegevens over de massa van het W-boson, een deeltje dat een rol speelt bij processen zoals nucleair verval en het bepalen van de massa van het higgsboson.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Tevatron
De vragen over de massa van het W-boson begonnen in 2022. Natuurkundigen die werkten met de Tevatron-deeltjesversneller van Fermilab in de VS lieten toen weten dat hun gemeten massa van het W-boson sterk afweek van de waarde die is voorspeld door het standaardmodel. Dat is de huidige theorie van hoe de deeltjes en krachten op elkaar inwerken. Het nieuws uit Amerika joeg schokgolven door de natuurkundegemeenschap.
Maar in 2023 trokken onderzoekers van CERN deze vondst in twijfel, nadat ze oude gegevens van de ATLAS-detector bij de LHC opnieuw hadden geanalyseerd. Ze vonden een waarde voor de massa van het W-boson die juist overeenkwam met de voorspelling van het standaardmodel. Dit temperde de hoop op een afwijking van de bekende fysica.
Nauwkeurigste meting
Nu hebben Bendavid en zijn collega’s opnieuw de massa van het W-boson bepaald. Dat deden ze met behulp van nieuwe meetgegevens van een andere LHC-detector, de Compact Muon Solenoid (CMS). Ze vonden een waarde van 80.353 mega-elektronvolt (MeV). Deze komt, binnen een onzekerheid van 6 MeV, overeen met het standaardmodel. Door deze kleine onzekerheid is dit ook de nauwkeurigste meting die door de LHC is gedaan, aldus Bendavid.
Natuurkundige Ashutosh Kotwal van Duke-universiteit in de VS, die de wetenschappelijke samenwerking leidde die het Tevatron-resultaat produceerde, zegt dat het geweldig is om nog een meting van de W-bosonmassa te hebben, maar omdat de LHC- en Tevatron-deeltjesversnellers verschillende methoden gebruiken om het deeltje te produceren, is het moeilijker om de resultaten te vergelijken. Natuurkundige Martijn Mulders die deel uitmaakt van de CMS-samenwerking, zegt echter dat met dit verschil rekening is gehouden in de totale onzekerheid.
‘In de fundamentele zin van de deeltjesbundels zijn ATLAS en CMS identiek’, waarschuwt Kotwal wel. ‘Wat ideaal zou zijn geweest, zijn aanvullende of onafhankelijke gegevens bij het Tevatron.’ Helaas is het Tevatron in 2011 gesloten, dus daar zullen geen nieuwe gegevens meer vandaan komen.
Dit alles betekent dat het nog te vroeg is om te zeggen welke meting van de W-bosonmassa correct is. De verschillen moeten ook nog worden verklaard. ‘Het eindigt niet met twee getallen op tafel, dit is het begin’, zegt Kotwal. ‘Nu gaan we de wetenschappelijke en technische details bespreken. Er is een werkelijke W-bosonmassa. Die proberen we allemaal te vinden.’
Het echte antwoord
Het model achter de CMS-berekening verschilt van het model dat is gebruikt om andere resultaten te verkrijgen, zegt natuurkundige Matthias Schott, die werkt aan het ATLAS-experiment. Daarom is de overeenkomst met resultaten die andere modellen gebruiken een teken dat het klopt, zegt hij. ‘Dit geeft ons extreem veel vertrouwen’, zegt Schott. ‘Alle metingen sluiten zo goed op elkaar aan, behalve die ene die er net naast zit. Ik zou daarom geneigd zijn om te zeggen dat dit de zaak oplost.’
Mulders is het ermee eens dat het nu aan de Amerikaanse groep is om hun resultaat te verklaren. ‘De meeste van mijn collega’s zullen nu geloven dat deze metingen van de W-bosonmassa met elkaar en met de voorspelling van het standaardmodel overeenkomen, en dat dat waarschijnlijk het echte antwoord is. Het [Tevatron-resultaat] is een uitschieter’, zegt Mulders.
