Woensdag 21/04/2021

AchtergrondDeeltjesfysica

‘Net zoals na de toevallige ontdekking van Amerika door Columbus moeten we misschien ons wereldbeeld herzien’

De deeltjesversneller van onderzoeksinstuut Cern in Genève, Zwitserland. Beeld Wouter Van Vooren
De deeltjesversneller van onderzoeksinstuut Cern in Genève, Zwitserland.Beeld Wouter Van Vooren

Een gloednieuw deeltje, een nog onbekende natuurkracht... Fysici bij onderzoeksinstituut Cern hebben hints gezien van iets wat ons begrip van de kwantumwereld op zijn kop kan zetten.

In een zee van botsende deeltjes – de kleinste bouwsteentjes van alles om ons heen – hebben fysici van experiment LHCb aan de deeltjesversneller van onderzoeksinstuut Cern de eerste statistisch stevige aanwijzing gevonden dat de werkelijkheid anders werkt dan gedacht. Dat hebben ze dinsdag aangekondigd op een digitaal congres en in een wetenschappelijke voorpublicatie.

“Zonder corona hadden de champagnekurken geknald in Zwitserland”, lacht Jorgen D’Hondt, kernfysicus aan de Vrije Universiteit Brussel (VUB) die zelf jaren ervaring heeft in het Cern.

In de metingen van experiment LHCb is bewijs opgedoken dat elektronen zich net iets anders gedragen dan hun zwaardere evenknieën, zogeheten muonen en tau-deeltjes. En hoewel dat in eerste instantie klinkt als voer voor deeltjesfijnproevers, heeft het reusachtige implicaties. Het is namelijk de eerste aanwijzing dat de wereld zich op de kleinste schaal soms anders gedraagt dan omschreven in het standaardmodel van de deeltjesfysica, het model dat alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties vangt in een formule die past op een T-shirt of koffiemok.

D’Hondt: “Elektronen zweven rond de kern van een atoom. Tot nu toe gingen we ervan uit: de elektronen, muonen en tau-deeltjes zijn – buiten hun massa – gelijk. De nieuwe metingen kunnen dit basisprincipe onderuithalen. De metingen leren dat de deeltjes zich nét iets anders gedragen. Er blijkt een superklein verschil. Dit is mogelijk een enorme ontdekking voor kernfysici. We moeten wellicht terug naar het tekenbord om het standaardmodel van de deeltjesfysica te herzien.”

Nieuw deeltje

De natuurkunde kent een aantal mysteriën dat zich vanuit het standaardmodel van de deeltjesfysica niet laat verklaren. Zo weet niemand bijvoorbeeld hoe zwaartekracht op de kleinste schaal werkt, of waarom deeltjes als het elektron exact twee ‘families’ van zwaardere evenknieën zoals het muon bezitten. Het nieuwe resultaat toont nu het eerste concrete losse draadje in dat standaardmodel. Door daaraan te trekken hopen fysici ook die laatste raadsels te kunnen oplossen.

Er zijn zelfs al voorzichtige aanwijzingen hoe het nu gemeten gedragsverschil van elektronen en muonen precies ontstaat, zegt fysicus Jacco de Vries van de universiteit Maastricht. Hij zocht met collega’s de afgelopen jaren in de meetgegevens van hetzelfde LHCb-experiment naar de handtekening van een zeer zeldzaam deeltjesverval, waarbij een zogeheten B-meson uiteenvalt in twee muonen. Van elke miljard keer dat zo’n B-meson opbreekt in andere deeltjes, gebeurt dat slechts driemaal op die manier. “Het is alsof je zoekt naar een speld in tienduizend hooibergen.”

Tussen de vele miljarden deeltjesbotsingen in de versneller zagen de onderzoekers het zeldzame verval uiteindelijk zo’n honderd keer. Uit al dat monnikenwerk volgt volgens De Vries dat bij het gemeten verschil tussen muonen en elektronen mogelijk een nieuw deeltje achter de schermen aan de spreekwoordelijke touwtjes trekt. Dat nieuw deeltje is een zogeheten leptoquark.

Columbus

De onderzoekers van het Cern zijn ‘voorzichtig enthousiast’ over hun werk. D’Hondt begrijpt die houding al te goed. “Mogelijk heb je hier een fantastische ontdekking, maar die kan voortkomen uit puur toeval. Er zijn nog veel meer metingen nodig om zeker te zijn. En dit werk kan al gauw een jaar of vijf duren: twee à drie jaar voor de metingen en nog eens hetzelfde voor de analyse ervan. Net zoals na de toevallige ontdekking van Amerika door Columbus moeten we misschien ons wereldbeeld herzien, in dit geval ons begrip van de wereld van kleinste deeltjes. Best zeker zijn dus.”

De metingen van experiment LHCb hebben nu een betrouwbaarheid van 99,5 procent. Lang niet slecht, maar kernfysici zijn nu eenmaal niet snel tevreden. Het streefdoel: 99,99994 procent. (VK/JVH)

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234