Natuurkundigen hinten op nieuwe natuurkracht​

UM betrokken bij opzienbarende ontdekking

01-04-2021

Uit een experiment in Genève, waaraan de UM de afgelopen twee jaar heeft meegewerkt, blijkt dat de wereld van de allerkleinste deeltjes zich misschien anders gedraagt dan fysici dachten. 

Twee deeltjes spelen de hoofdrol: elektronen en muonen. De laatste zijn in 1936 ontdekt en wekten destijds enige verbazing. “Who ordered that?”, vroeg natuurkundige Isidor Rabi zich af. Het muon staat inmiddels bekend als “het zware zusje” van het elektron, omdat het zich identiek gedraagt, zegt Marcel Merk, UM-hoogleraar deeltjesfysica, tevens de nationale vertegenwoordiger van Nederland bij het zogeheten LHCb-experiment in Genève. LHCb staat voor Large Hadron Collider in Cern.

“Ook het Standaardmodel, de overkoepelende theorie die het gedrag van deeltjes en natuurkrachten beschrijft, stelt dat beide deeltjes hetzelfde zijn, behalve hun massa. We kennen het muon ontzettend goed en doen er voortdurend metingen mee. Het regent trouwens ook op elk moment vanuit de kosmos door ons heen, ja, door ons lichaam. Het maakt deel uit van de natuurlijke achtergrondstraling.” 

Uit analyses van onder meer Jacco de Vries en Silvia Ferreres, beiden verbonden aan de UM en het Nikhef, bleek vorige week dat de theorie misschien tekortschiet: muonen gedragen zich niet altijd hetzelfde als elektronen. “Dat hebben we aangetoond in een proces waarbij een bepaald soort deeltjes, quarks, uiteenspatten. Je zou verwachten dat ze even vaak vervallen in elektronen als in muonen, maar dat blijkt dus niet het geval. We zagen een afwijking van 15 procent. En dat is, gegeven de meetonzekerheid, zodanig dat we het formeel ‘evidence’ noemen, ofwel een ‘aanwijzing’.”

Wat betekent dat? Als de aanwijzing na nieuwe experimenten overeind blijft, dan zou je kunnen concluderen dat er misschien sprake is van een nieuwe natuurkracht, zegt Merk. “En dat biedt een nieuwe kijk op vragen waar het 50-jaar oude Standaardmodel geen antwoord op heeft. Denk aan het raadsel van de anti-materie. Bij botsingen in de deeltjesversneller zien we dat elk deeltje een tegenhanger heeft met een tegenstelde elektrische lading. Voor elk proton bestaat er dus een anti-proton, voor elk elektron een anti-elektron. Maar de grote vraag is: waarom zien we daar niets van terug in het heelal? Waar is al die anti-materie gebleven?”

Inmiddels analyseren de onderzoekers data van vergelijkbare experimenten, waarin ze via andere processen eveneens het gedrag van muonen en elektronen tegen het licht houden. De uitkomsten verschijnen in augustus of volgend jaar maart. “Als die nog overtuigender zijn, kunnen we spreken van een ‘observatie’ en dat betekent dat de bevinding klopt. Maar onze interesse reikt verder. We willen weten hoe die natuurkracht precies in elkaar steekt en hoe die zich heeft gemanifesteerd in het vroege universum.”

Merk is de eerste om het enthousiasme te temperen en spreekt liever van voorzichtige opwinding. “Met een aanwijzing verkeer je in een soort tussenfase. Het is niet niks, maar ook geen hard bewijs. We zullen zien welke kant het op gaat.”

Natuurkundigen hinten op nieuwe natuurkracht​
LHCb-detector in Genève