Aanwijzingen voor technicolor natuurkracht toch niet correct

Het Higgsdeeltje bestaat niet. In plaats van het Higgsdeeltje is er een hele familie van deeltjes die de zogenaamde technicolor kracht overbrengen, geloven theoretici op grond van een merkwaardige vondst in het Tevatron (dat nu op zijn nadagen loopt). Maar klopt die waarneming wel?

Standaardmodel verklaart geen massa
De hele moderne natuurkunde berust op de combinatie van twee theorieën: het Standaardmodel, een verzamelbegrip voor drie (of twee) kwantumtheorieën en Einsteins algemene relativiteitstheorie. Eén theorie uit het Standaardmodel, kwantumelektrodynamica, is met dertien decimalen de nauwkeurigste natuurkundetheorie ooit. Kwantumchromodynamica, de theorie die de sterke kernkracht beschrijft, is een stuk minder nauwkeurig en kernfysica levert daarom geregeld verrassingen op. Het Standaardmodel kent echter één gevoelig nadeel. De massa’s van deeltjes worden niet voorspeld, maar moeten door middel van experimenten worden bepaald. Er kan niet worden verklaard waarom bijvoorbeeld elektronen, quarks en neutrino’s de massa hebben die in experimenten worden gemeten. Of überhaupt massa hebben. De intrigerende omstreden Heim theorie doet dit overigens wel. Er zijn ook alternatieve verklaringen denkbaar.
Om het massaprobleem op te lossen (en af te rekenen met de vele oneindigheden) greep men naar het Higgsmechanisme met bijbehorend Higgsdeeltje. Dit Higgsdeeltje heeft echter steeds meer weg van een ongrijpbare eenhoorn. Diverse experimenten hebben de speelruimte voor de massa van dit deeltje ingeperkt tot een klein gebied rond de 115-185 GeV/c². Eerdere LEP-experimenten hebben de theoretisch meest waarschijnlijke waarde, 95 GeV/c², al uitgesloten.

Fermilab ontdekt geheimzinnige piek
Mede om dit Higgsdeeltje te vinden hebben onderzoekers de monsterachtige versnellers Tevatron van Fermilab in Batavia, Illinois en de Large Hadron Collider onder het Zwitserse Genève gebouwd. Echter: hoe hard de onderzoekers van het LHC ook protonen op elkaar beuken, erg opschieten wil het niet met het produceren van Higgsdeeltjes. Ondertussen voelen ook de Amerikaanse concullega’s van het Tevatron de hete adem van de budgetcommissie van het Amerikaanse Congres in hun nek. Of dat er mee te maken heeft (zoals sommige boze tongen beweren) is niet bekend, maar er is door Fermilab nu een ontdekking gedaan met, stelt men, een overschrijdingskans van drie sigma, kleiner dan een duizendste. Pas als deze daalt tot onder de vijf sigma, één op de miljoen, is sprake van een voldoende significant resultaat om echt de ontdekking van een onverwacht verschijnsel te kunnen vaststellen. Vandaar dat veel fysici nog voorzichtig zijn en aan meet- of rekenfouten denken.

Bij de botsingen in kwestie komen W-deeltjes (die de zwakke kernkracht overbrengen) en een quark-antiquark paar vrij. Volgens de bestaande theorie moeten deze deeltjesparen zeldzamer worden als hun energie toeneemt. Niets van dat alles. Bij 140 GeV/c² blijkt er een piek op te treden.

Het kan hier niet om Higgsdeeltjes gaan omdat dan de piek driehonderd maal kleiner zou zijn en de vervalproducten uit bottom quarks zouden bestaan, niet uit W-deeltjes.

Technicolor: wat als we nu inderdaad een nieuwe natuurkracht hebben waargenomen?
Dit zou mogelijk een wederopstanding betekenen van een twintig jaar geleden door deeltjesfysici Kenneth Lane en collega Estia Eichten bedachte theorie: technicolor. Technicolor, ontwikkeld uit quantumchromodynamica, kent een aantal zeer aantrekkelijke kanten. De theorie is bijvoorbeeld “natuurlijk” (produceert geen absurditeiten (zoals Higgsdeeltjes doen) die door het prutsen met allerlei parameters weggewerkt moeten worden). Volgens technicolor ontstaat massa bij “lage” energie (onder de 250 GeV/c²) , omdat deeltjes dan allerlei interacties aangaan met virtuele deeltjes die zorgen voor een soort stroopeffect (wat wij waarnemen als de traagheid van massa). Bij zeer hoge energie ontsnappen de deeltjes hieraan. nadeel van technicolor in de ogen van veel natuurkundigen is dat ook deze theorie geen theorie van alles is die de natuurkrachten unificeert, zoals bijvoorbeeld de snaartheorie pretendeert te zijn. Integendeel, de theorie introduceert een vijfde natuurkracht.

Technicolor voorspelt het bestaan van een grote reeks deeltjes waaronder het technipion. Dit technipion valt precies uiteen in de deeltjes die door Fermilab waargenomen zijn, met de waargenomen energie. Geen wonder dus dat Lane (die veel eerder dan de pers op de hoogte werd gesteld)  het afgelopen half jaar nauwelijks heeft geslapen en de ontwikkelingen op de voet volgt. Spannende tijden.

Update: vals alarm
Hun collega’s van de tweede detector van het lab, DZero, hebben deze observaties echter gecontroleerd met hun eigen onafhankelijke data en analyse-instrumenten en hebben geen bewijs voro een nieuw deeltje gevonden. In plaats hiervan lijken de DZero data in overeenstemming te zijn met het Standaardmodel. [3]

Bronnen
1. New Scientist
2. Arxiv
3. Fermilab experiments fail to confirm new particle clain, Physorg.com