nieuws

Natuurkundigen van Cern vinden aanwijzing die ons begrip van de werkelijkheid op zijn kop kan zetten

Een gloednieuw deeltje, een nog onbekende natuurkracht... fysici bij onderzoeksinstituut Cern zien hints van iets dat ons begrip van de werkelijkheid op z’n kop kan zetten, zo maken ze dinsdag bekend. ‘Dit is waarom ik al 25 jaar onderzoek doe.’

De tunnel van deeltjesversneller LHC bij Cern, Genève. In de blauwe buis zwiepen deeltjes met bijna de lichtsnelheid rond tot ze op elkaar knallen. Tussen de brokstukken van die botsing zoeken fysici naar aanwijzingen voor hoe de wereld op het kleinste niveau werkt.  Beeld AP
De tunnel van deeltjesversneller LHC bij Cern, Genève. In de blauwe buis zwiepen deeltjes met bijna de lichtsnelheid rond tot ze op elkaar knallen. Tussen de brokstukken van die botsing zoeken fysici naar aanwijzingen voor hoe de wereld op het kleinste niveau werkt.Beeld AP

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

‘Ik ben enorm opgewonden. Dit is de reden dat ik dit onderzoek al 25 jaar doe’, zegt LHCb-programmaleider Marcel Merk van het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef.

In de metingen van LHCb dook bewijs op dat elektronen zich net iets anders gedragen dan hun zwaardere evenknieën, zogeheten muonen. 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. ‘Dit resultaat kan betekenen dat de natuur een nog onbekende, vijfde fundamentele natuurkracht kent’, zegt Merk.

Nieuw deeltje

De natuurkunde kent een aantal mysteriën dat zich vanuit het standaardmodel 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 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’, zegt De Vries.

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 deeltje, een zogeheten leptoquark, komt niet voor in het huidige standaardmodel.

Freya Blekman (Vrije Universiteit Brussel) van het concurrerende CMS-experiment van Cern noemt het resultaat zeer hoopgevend. ‘Dit gedrag is consistent met eerdere metingen en wijkt af van het standaardmodel. Dat is heel spannend. We gaan ook in CMS nu fanatiek zoeken naar die leptoquarks’, zegt ze. ‘Dat deden we al, maar door dit resultaat weten we beter waarnaar we moeten zoeken.’

Te vroeg juichen

Maar, zegt Merk: het is belangrijk niet te vroeg te juichen. ‘We moeten niet overenthousiast van de toren blazen’, zegt hij, daarvoor is de kans dat het gemeten gedragsverschil tussen elektronen en muonen op toeval berust namelijk nog te groot, grofweg één op de duizend. ‘Bij die statistische zekerheid hebben we bij Cern de afspraak dat we spreken van een aanwijzing en nog niet van een ontdekking’, zegt Merk. Daarvan spreekt men pas wanneer de kans op toeval afgenomen is tot één op grofweg 3,5 miljoen.

‘Die voorzichtigheid is logisch’, oordeelt deeltjesfysicus Ivo van Vulpen (Nikhef). ‘Want vergis je niet: het is nogal wat dat ze hier beweren. Als ze gelijk hebben, halen ze direct één van de belangrijkste eigenschappen van het standaardmodel onderuit. Dan wil je je bewijs wel op orde hebben’, zegt hij.

Momenteel ligt de LHC stil voor upgrades. Over ongeveer een jaar verwacht men nieuwe meetgegevens te verzamelen. En dan kan het snel gaan, zegt Merk. ‘Met twee jaar extra meetgegevens zouden we de benodigde statistische grens met de huidige waarde, als het meezit, al kunnen halen’, zegt hij. Daarna zouden ze de eerste scheur in het standaardmodel ook officieel kunnen melden. ‘Dan gaat de vlag hier wel uit, ja.’

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden