Opnieuw groot nieuws over kleine deeltjes: alles is echt anders dan gedacht

Rond half zes Belgische tijd trok een golf van opwinding door de internationale gemeenschap van deeltjesfysici. Het Amerikaanse Fermilab, het befaamde deeltjesinstituut in Chicago, maakte toen bekend dat ze muonen – zwaardere varianten van elektronen – hadden blootgesteld aan een krachtig magneetveld. Toen de deeltjes daarop begonnen te draaien en wiebelen als een tol op een tafel, deden ze dat op een manier die onmiskenbaar een héél klein beetje afweek van de beste theoretische voorspellingen. De waarschijnlijkste verklaring? De invloed van een onbekende natuurkracht of nieuwe fundamentele deeltjes.

De meting kan daarmee een ware natuurkunderevolutie veroorzaken. “Ik danste letterlijk door de kamer van enthousiasme”, zegt deeltjesfysicus Tristan Dupree van het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef, zelf niet bij het experiment betrokken. Samen met zijn vrouw – eveneens deeltjesfysicus – volgde hij met bier en pizza de livestream van de bekendmaking. “Het bleek gelukkig een prachtig resultaat. We wachten hier al twintig jaar op.”

De bekendmaking volgt twee weken op ánder groot nieuws uit de wereld van de deeltjesfysica. Toen deelden onderzoekers van het Europese deeltjeslab Cern eveneens afwijkend gedrag bij muonen, al ging het daarbij wel om ánder gedrag.

“Dat dit twee keer bij muonen gebeurt, hoeft geen toeval te zijn”, zegt DuPree. Achter de schermen zou dezelfde kracht of hetzelfde deeltje aan de touwtjes kunnen trekken. “Maar het eerlijke antwoord is: we weten het nog niet.”

De nieuwe resultaten zijn van belang omdat ze betekenen dat de wetten die het gedrag van onze fysieke werkelijkheid beschrijven op het meest fijnmazige niveau wellicht anders zijn dan gedacht.

Koffiemok of T-shirt

Het gaat daarbij om het gedrag van deeltjes, de bouwsteentjes waarvan alles, van pantoffeldiertjes tot complete sterrenstelsels, is gemaakt. Fysici voegden decennia terug alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties samen in het zogeheten standaardmodel van de deeltjesfysica, dat past op een koffiemok of T-shirt. Tegelijk weten fysici dat er méér moet zijn dan dat standaardmodel. Zo is bijvoorbeeld de zwaartekracht, die ons op de aarde plakt en de aarde in een baan om de zon houdt, in het model nog onbegrepen.

Vandaar dat men al jarenlang reikhalzend uitkijkt naar het resultaat uit Fermilab. Al in 2001 hadden fysici bij een ander experiment de afwijking van het model gezien, maar de achterliggende statistiek was destijds niet sterk genoeg. De hoop was dat méér metingen de vondst op steviger grond zouden plaatsen. Dat bleek woensdagmiddag het geval.

De kans dat de gemelde afwijking van het standaardmodel niets meer is dan een statistische luchtspiegeling is na het meest recente resultaat geslonken tot grofweg één op 40.000. Dat betekent dat het resultaat ook steviger is dan wat de Europese collega’s twee weken eerder meldden. Bij hun experiment was die kans één op 1.000. 

Beide resultaten bereiken overigens niet de gouden standaard die deeltjesfysici hanteren om van een ontdekking te mogen spreken. Dan moet die kans slinken tot één op 3,5 miljoen. “Een kwestie van tijd”, oordeelt DuPree. “Bij de huidige analyse hebben ze nog maar 6 procent van de meetgegevens geanalyseerd. Er zit dus nog meer dan genoeg in het vat om die laatste horde te nemen.”

Overigens hangt één prangende kwestie nog wel boven de markt. De voorspelling voor het getol en gewiebel van de muonen volgt uit een lange, complexe berekening. “Of daar misschien nog een foutje in zit: dat is een vraag die de komende jaren vaker zal worden gesteld”, zegt DuPree.

Desondanks lijkt het standaardmodel – en het daarmee gepaard gaande begrip van de fysieke werkelijkheid waarin we leven – steeds nadrukkelijker scheuren te vertonen. Het is wachten wie straks het laatste zetje geeft.