Verrassend nieuws uit Genève deze week. De Europese Organisatie voor Kernonderzoek (CERN) kondigde aan dat het experiment LHCb (Large Hadron Colider beauty) resultaten oplevert die in niet passen in het Standaardmodel van elementaire deeltjes. De relativiteitstheorie en dit Standaardmodel vormen samen de twee paradepaardjes van de fysica.
Leptonuniversaliteit
In de onderwereld van de werkelijkheid waan je je soms in alchemistische sferen. In zogenaamde vervalprocessen kunnen elementaire deeltjes, deeltjes die je niet verder in stukjes kan hakken, van identiteit veranderen. Zo kan een bepaald type elementaire deeltjes, de beauty quark, vervallen tot een elektron. Of tot een muon, dat helemaal lijkt op het elektron, behalve dan dat het zowat 200 keer zwaarder is.
Het Standaardmodel voorspelt dezelfde waarschijnlijkheid voor beide soorten verval. Die eigenschap noemen fysici de leptonuniversaliteit. Lepton is de verzamelnaam voor zes elementaire deeltjes. Buiten het elektron en het muon, heb je een nog zwaardere broer, het tau-lepton. Daarnaast heeft elk van deze drie broers een eigen neutrinodeeltje.
Veel natuurkundigen hopen stiekem op een barst in het Standaardmodel, die ons de weg moet wijzen naar een nog diepere laag van de werkelijkheid
Maar de resultaten van de LHCb vertellen ons dat je iets vaker een elektron overhoudt dan een muon. Als dat klopt, is de leptonuniversaliteit geschonden. En dat krijg je niet uitgelegd met het Standaardmodel. Er staat dus wel wat op het spel. Chris Parker, woordvoerder van LHCb: ‘Als de schending van de leptonuniversaliteit bevestigd wordt, heb je een nieuw fysisch proces nodig, zoals het bestaan van nieuwe elementaire deeltjes of interacties.’
Wachten op bevestiging
Toch hoor je momenteel niemand onverbloemd beweren dat onze theorie van de onderwereld op de schop mag. Dat heeft alles te maken met dat ‘iets vaker’ van daarnet. De statistische analyse van de gegevens vertelt je dat er een kans van 0,1% overblijft dat de meetresultaten toch compatibel zijn met het Standaardmodel. Dat klinkt heel weinig en het is ook heel wat minder dan eerdere experimenten elders ter wereld, die ook al op deze anomalie wezen.
Maar de lat ligt nu eenmaal erg hoog in de experimentele fysica. Enkel bijkomende meetgegevens kunnen de twijfel wegnemen door ons een nog hogere nauwkeurigheid te schenken. Het is dan ook reikhalzend uitkijken naar volgend jaar, wanneer de detectoren van het experiment een upgrade achter de rug hebben.
Het Standaardmodel, zegen en vloek
Het Standaardmodel is een zogenaamde kwantumveldentheorie. Ze is het resultaat van het samenvoegen van kwantumfysica, veldentheorie en speciale relativiteitstheorie. Van de vier fundamentele natuurkrachten – elektromagnetisme, zwakke kracht, sterke kracht en gravitatie – past enkel deze laatste er niet in.
Aan de hand van 25 elementaire deeltjes en de eerste drie van deze natuurkrachten beschrijft het Standaardmodel een hele waaier verschijnselen met duizelingwekkende precisie, met in sommige gevallen een overeenkomst tussen voorspelde en gemeten waarde tot op het tiende cijfer na de komma.
Toch weet het model geen raad met enkele hardnekkige vraagstukken: waar is alle antimaterie in het heelal naartoe, wat is de aard van donkere energie en wat is donkere materie? Veel natuurkundigen hopen daarom stiekem op een barst in het Standaardmodel, die ons de weg moet wijzen naar een nog diepere laag van de werkelijkheid.
CERN op zoek naar succes
Ook voor het CERN zelf zou een hint naar een nieuwe fysica meer dan welkom zijn. Sinds de ontdekking in 2012 van het higgsdeeltje – een van de 25 bouwstenen uit het Standaardmodel – blijft het wachten op een volgende doorbraak. Voor de Raad van CERN ligt de oplossing in een radicale upgrade.
De vervanging van de huidige ringvormige, ondergrondse tunnel met een omtrek van 27 kilometer door één met een omtrek van honderd kilometer moet toelaten om nog hogere botsingsenergieën te produceren, en zo nog dieper in de werkelijkheid door te dringen. Maar deze vlucht vooruit oogst heel wat kritiek, ook binnen de wetenschappelijke gemeenschap. Want waarom zou je zoveel tijd en geld stoppen in een zoektocht waarvoor de natuur je geen concrete aanwijzingen schenkt?
Laat die barst maar gauw komen, moeten ze in Genève denken.
