Onze natuurwetten staan stevig op hun sokkel (maar dat is niet per se goed nieuws)

Terwijl het standaardmodel van de deeltjesfysica bijna alle fundamentele natuurkrachten beschrijft, is er nog wel één grote ontbrekende: de zwaartekracht.

De wereld die schuilt onder het alledaagse kun je met het blote oog niet zien. Toch hebben natuurkundigen het gedrag van de deeltjes die die wereld bevolken – de kleinste bouwsteentjes van alles om ons heen – gevangen in een overzichtelijk wiskundig raamwerk dat men het standaardmodel van de deeltjesfysica doopte. Het resultaat is zó overzichtelijk dat het Europese fysica-instituut Cern de bijbehorende formule zelfs afdrukt op souvenirs voor toeristen: van muismatten tot T-shirts en koffiemokken.

Dat mensen bereid zijn hun cappuccino’s en espresso’s uit een mok met het standaardmodel te drinken, valt goed te begrijpen. Het model beschrijft namelijk op bizar nauwkeurige wijze het gedrag van alle bekende deeltjes. De Large Hadron Collider, de deeltjesversneller van Cern, begon in 2008 deeltjes met duizelingwekkende snelheden op elkaar te schieten. Wanneer die deeltjes botsen, vliegen de brokstukken – nog kleinere deeltjes – in het rond. En hoewel fysici nauwkeurig turven wat die brokstukken precies uitspoken, is in al die tijd niets opgedoken dat zich niet braaf aan de wetten van het standaardmodel houdt.

Overwinningstour

Goed nieuws voor dat standaardmodel, dus. Fysici bedachten het al in de jaren zestig, en vonden in de decennia die volgden al het door het model voorspelde gedrag terug in wetenschappelijke experimenten. Het absolute hoogtepunt van die overwinningstour van de deeltjesfysica volgde in 2012. Toen ontdekten fysici in experimenten met de LHC het laatste ontbrekende puzzelstukje, het zogeheten higgsdeeltje, dat ervoor zorgt dat andere deeltjes massa hebben. De twee nog levende bedenkers van het deeltje, Peter Higgs en François Englert, mochten het jaar daarop prompt de Nobelprijs mee naar huis nemen.

En toch is niet iedereen tevreden. De natuurkunde kampt namelijk met grote begripsproblemen. Terwijl het standaardmodel bijvoorbeeld bijna alle fundamentele natuurkrachten beschrijft, van de kracht die atomen bij elkaar houdt tot de elektromagnetische kracht, is er één grote ontbrekende: de zwaartekracht. Ideeën hoe je die kracht aan het standaardmodel kunt lijmen, bestaan op papier, maar het experimentele bewijs ontbreekt vooralsnog.

Vergis je overigens niet: fysici ontdekken nog altijd nieuwe eigenschappen van de deeltjeswereld. Toch blijft het vooralsnog wachten op de volgende grote klapper. De komende decennia zullen experimenten daarom vooral speuren naar scheurtjes in het model dat natuurkundigen de afgelopen jaren juist steeds steviger op zijn sokkel plaatsten. De hoop is dat iemand een deeltje vindt dat zich onverwacht eigenzinnig gedraagt, of dat in experimenten eindelijk bewijs opduikt van een door theoretici lang geleden voorspelde extra deeltjeslaag. Pas dan zetten we een belangrijke volgende stap naar het openbreken en verder opwaarderen van ons begrip van de fundamentele werkelijkheid waarin wij leven.