Fysici teleurgesteld: opwindend deeltje lijkt toch niks
Teleurstelling alom vandaag op de internationale conferentie voor deeltjesfysica in Chicago. Daar presenteerden twee teams van CERN nieuwe resultaten van de jacht op wat een totaal nieuw en onverwacht deeltje leek. Maar na een jaar intensief meten zijn de aanwijzingen niet stérker geworden, maar veel zwakker.
"Je hoopt natuurlijk gewoon dat er iets spectaculairs opduikt", zegt de Nederlandse fysicus Ivo van Vulpen, betrokken bij de Atlas-detector op CERN. "Maar we zijn streng en volgens onze regels is het eerder gemeten lichtpiekje vermoedelijk toch een statistische uitschieter geweest."
Op deeltjeslab CERN worden in de 27 kilometer lange ondergrondse ringvormige LHC-versneller protonen (kernen van waterstofatomen) met vrijwel de lichtsnelheid op elkaar geschoten. Uit de brokstukken en samengebalde energie kunnen nieuwe deeltjes ontstaan. Die worden met enorme bouwwerken van meetapparatuur bestudeerd.
Een klein jaar geleden raakten natuurkundigen wereldwijd in vervoering over een dubbel lichtsignaal dat nu en dan bleek op te duiken in metingen van protonbotsingen in de net opgevoerde LHC-versneller in Genève. De zogeheten 'diphoton bump', waarbij twee lichtdeeltjes in tegengestelde richtingen uit de protonbotsing wegspuiten, werd zowel bij de CMS detector op CERN gemeten als bij de Atlas-detector.
Achtergrondruis
Dat beide detectoren het onverwachte signaal zagen, was volgens experts een goede reden om er uitgebreider naar te kijken. Uitschieters zijn niet vreemd in deeltjeswaarnemingen, maar in twee detectoren tegelijk wel.
Zowel Atlas als CMS zagen de aanvankelijke piekjes ontstaan bij ongeveer 750 giga-elektronvolt, een maat voor de massa van een deeltje waar de twee lichtdeeltjes aan zouden ontspruiten. De twee detectoren werken onafhankelijk om elkaars resultaten te kunnen toetsen. Een 750 GeV-deeltje zou zesmaal zo zwaar zijn als het befaamde Higgsdeeltje, de vorige grote ontdekking van CERN. Theoretici konden niet zeggen wat het zou moeten zijn.
Inmiddels hebben de twee detectoren elk honderden malen meer meetgegevens verzameld dan vorig jaar, bleek vandaag op de ICHEP-conferentie in Chicago. Maar in plaats van veel meer dubbele lichtsignalen groeide vooral de achtergrondruis. Het piekje dat in 2015 voor opwinding zorgde en tot meer dan duizend theoretische artikelen met mogelijke verklaringen leidde, is in die ruis nagenoeg onvindbaar. De statistici spraken eerder nog van een 'hint van nieuwe fysica'. Nu is zelfs dat niet aan de orde. "Dit ziet eruit als achtergrondruis", zegt deeltjesfysicus Freya Blekman van de Vrije Universiteit Brussel, verbonden aan het CMS-experiment.
Het opduiken van de dubbele fotonpiek in 2015 was vooral bijzonder omdat er niets in die richting was voorspeld. "Het vinden van de Higgs in 2012 was vooral een bevestiging van dertig jaar oude theoretische voorspellingen. Deze diphoton bump zou echt iets heel nieuws zijn."
Weinig nieuws
Zoiets zou ook een succes voor CERN en zijn LHC-versneller zelf zijn, die na een grote upgrade sinds vorig jaar deeltjes met meer energie laat botsen dan ooit. Daarmee kunnen fysici voor het eerst in decennia onbekend terrein in de deeltjeswereld verkennen. Echt veel nieuws was er, afgezien van de fotonpiek, niet te zien. Deze week worden op de ICHEP-conferentie in totaal 65 publicaties met nieuwe resultaten van de LHC teams gepubliceerd, maar geen ervan is voorpaginanieuws, zeggen ingewijden nu al.
Waar een eventuele dubbele fotonpiek op zou wijzen was voor theoretici een vraag die in korte tijd vele honderden artikelen losmaakte. Alles van zware familieleden van het eerste Higgsdeeltje tot een hele schaduwwereld van nog onbekende materie passeerde de revue. Verschillende typen hypothetische deeltjes zijn in de metingen en analyses bij CMS en Atlas getest; geen ervan lijkt te vinden in de mêlee van meetsignalen.
De laatste weken zoemde het teleurstellende resultaat al rond onder deeltjesfysici, maar gold er een algeheel spreekverbod in beide teams. Behalve de fysici zelf worstelden ook voorlichters van de betrokken labs met de nieuwe inzichten, omdat negatieve resultaten in de wetenschap niks bijzonders zijn maar publicitair toch minder opwindend.
Deeltjesfysicus Freya Blekman van CMS was al langer nuchter onder alle opwinding rond de onbekende lichtpiek. "Er zijn goede redenen om naar een nieuw deeltje uit te kijken. Maar we wisten al dat dit signaal een uitschieter zou kunnen zijn, en ik heb in 15 jaar al zoveel tijdelijke uitschieters weer zien verdwijnen dat ik het hoofd liever koel houd", zegt ze vanuit Chicago.