Is de natuurkunde aan een nieuwe ‘versie’ toe?

Versneller Fermilab

Versneller Fermilab (afb: CERN)

Het is heel betreurenswaardig, maar deeltjesfysica heeft me nooit kunnen bekoren. Ik, een leek ook op dit terrein, kreeg steeds de indruk dat ze daar met legoblokjes speelden, die bij nader beschouwing toch uit verschillende deeltjes bleken te bestaan. Die deeltjes konden ook ineens weer verdwijnen of nagenoeg onzichtbaar zijn (neutrino’s). Is dat nog wetenschap of hebben hier te maken met een hogere vorm van gokkunde? Nu zijn de deeltjesnatuurkundigen weer in rep en roer: de oude natuurkunde heeft afgedaan. Of niet, daar zijn de scribenten over dit onderwerp het niet over eens.
Muonen zijn familie van elektronen (die als deeltje nauwelijks zijn aangetast door de tand des tijd en het onderzoek). Daar was iets vreemds mee vonden de deeltjesonderzoekers, maar ze konden er de vinger maar niet achter krijgen. Hun magnetische eigenschappen kwamen niet overeen met de theorie (het Standaardmodel). Dan zal je theorie wel niet kloppen, denk ik dan, maar de echte wetenschapper vraagt zich dan natuurlijk af of dat te maken kan hebben met onbekende krachten en/of deeltjes.
Nu hebben experimenten een resultaat opgeleverd dat dicht in de buurt ligt van de metingen die tussen 1997 en 2001 zijn gedaan in het Brookhavenlab in de VS. Dat betekent overigens niet is dat de discussie ten einde is.

Om het effect van de hadronvacuĆ¼mpolarisering (een hadron is deeltje dat bestaat uit quarks) te bepalen, dat beperkt nu nog de nauwkeurigheid van de berekeningen, gebruikten de onderzoekers metingen waren gedaan met botsingen in versnellers tussen elektronen en positronen (dat zijn antideeltjes van elektronen). De nauwkeurigheid hierbij is louter afhankelijk van de nauwkeurigheid van de metingen. Die is de afgelopen twintig jaar aanzienlijk verbeterd en daarmee groeide het wantrouwen over de experimentele metingen van het magnetisch moment van het muon.
Recent is daarom een nieuwe methode gebruikt door onderzoekers van, onder meer, het CNRS in Frankrijk. Dat resultaat verkleint de discrepantie met de huidige experimentele waarde aanzienlijk. Zou het Standaardmodel dan toch het laatste woord hebben (en overeind blijven), meldt dat persbericht? Voor dat rekenwerk, waarbij een miljard variabelen worden gebruikt, is heel wat Europese superrekenkracht gebundeld. Nu is het afwachten of andere rekenaars tot dezelfde slotsom zullen komen. Tot zover het verhaal van Alpha Galileo.
In bild der wissenschaft (wissenschaft.de) staat een wat ander verhaal. In het muon-g-2-experiment zou dat magnetische moment opnieuw gemeten zijn. Daarbij zouden aanzienlijke afwijkingen van de door het Standaardmodel voorspelde waarden zijn gevonden. Die afwijkingen, zo meldt het Duitse blad, zijn nog niet zodanig groot dat van een ontdekking gesproken kan worden, maar het komt in de buurt.

Te weinig

Sinds de metingen in het Brookhavenlab zijn deeltjesonderzoekers op zoek naar de oorzaken van de afwijking. Ligt dat aan systematische onzekerheden of wat? Nu hebben onderzoekers in het Fermilab dus nieuwe preciezere metingen gedaan. Daartoe werden muonen met een gepolariseerde spin gecreƫerd met de magneetas in dezelfde richting. Die werden onderworpen aan een sterk magneetveld waardoor de spins en magnetische momenten van de rondrazende muonen veranderden. Zo konden de magnetische momenten van de kortlevende deeltjes worden gemeten.

Die metingen weken af van de voorspelde Standaardmodelwaarde met een onzekerheid van 460 op de miljard. Het is uiterst onwaarschijnlijk (een op de 40 000) dat die afwijking toevallig is. De afwijking ligt weliswaar net onder de waarde, maar er zijn al natuurkundigen die van een ontdekking spreken.

Wie spreekt hier de waarheid? Zelf schrijven de onderzoekers in het Nature-artikel: “Onze resultaten geven aan dat de experimenteel gevonden waarde de voorkeur verdient boven die verkregen met de verspreidingsrelatie. De in dit onderzoek gebruikte en ontwikkelde methoden zullen de nauwkeurigheid verder vergroten wanneer er krachtiger computers beschikbaar zijn.” Binnenkort zullen we weten of het Standaardmodel aan diggelen ligt (of niet).

Bronnen: Alpha Galileo, bdw

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.