LHC: eerste harde bewijs nieuwe natuurkunde opgedoken?

Share Button

De Large Hadron Collider heeft verschillen ontdekt in hoe deeltjes en antideeltjes radioactief vervallen. Dit kan helemaal niet, zegt het Standaardmodel. Nieuwe natuurkunde?

Waarom is er meer materie dan antimaterie?
Tijdens de Big Bang is er ongeveer evenveel materie als antimaterie gevormd. Vervolgens vernietigden de meeste materie en alle antimaterie elkaar in een vernietigende zee van straling. De kosmische achtergrondstraling is daar een afgezwakt overblijfsel van. Er bleef een klein restje materie over, dat waar wij uit bestaan. Een bekend natuurkundig raadsel is waarom er meer materie dan antimaterie is. Antimaterie is het gemakkelijkst te beschrijven als materie die terug in de tijd reist. Het is materie met alle eigenschappen, behalve massa, omgedraaid. Een antiproton, bijvoorbeeld, is even zwaar als een proton maar heeft een negatieve lading en bestaat uit drie antiquarks.

De kleinset detector van het LHC, de LHCb, blijkt de interessantste resultaten tot nu op te leveren.

De kleinset detector van het LHC, de LHCb, blijkt de interessantste resultaten tot nu op te leveren.

Kleinere detector toont eerste bewijs
Nu, voor het eerst, zijn er in de LHC van het CERN overtuigende bewijzen gevonden voor natuurkunde die materie ‘voortrekt’ boven antimaterie. Het eerste teken van nieuwe natuurkunde dat opduikt bij het LHC. Zou supersymmetrie kloppen? De spanning stijgt in de het natuurkundewereldje. Ironisch genoeg komt de ontdekking niet van de twee hoofddetectors van de LHC, ATLAS en CMS waar samen tienduizend mensen werken, maar van de kleinere LHCb, waar zeshonderd mensen werken.

Afwijking in verval anti-D0-mesonen
Het Standaardmodel staat alleen kleine verschillen toe in het gedrag van materie en antimaterie. Zo moet een antimateriedeeltje vrijwel even snel uit elkaar vallen als een materiedeeltje. Daar blijkt echter weinig van te kloppen: D0-mesonen (die zijn  deeltjes die niet zoals protonen en neutronen uit drie, maar slechts uit twee quarks bestaan) vallen anders uit elkaar dan anti-D0 mesonen. Onmogelijk, volgens het Standaardmodel. Deze deeltjes vallen uiteen in hetzij een pion en antipion of kaon en antikaon.De waarschijnlijkheid dat zich een pionpaar vormt in plaats van een kaonpaar is bij materie-D0 mesonen 0,8% groter dan bij antimaterie-D0 mesonen. Dat is acht keer zoveel als maximaal toegestaan door het Standaardmodel [2]. Het resultaat heeft een statistische significantie van 3,5 sigma (standaardafwijkingen). Dit komt neer op een kans van 1:2000 dat het hier om een statistische uitschieter gaat. Niet beslissend genoeg voor de natuurkundigen van de LHCb, die daarom doorgaan met het uitspitten van de data van de rest van 2011. De onderzoekers hopen zo een resultaat met vijf sigma (vijf keer de standaardafwijking in een normale verdeling) te bereiken, wat neer komt op een kans van 1 op de 1,7 miljoen dat het om een statistische fout gaat.

Supersymmetrietheorie SUSY de oplossing?
Deze afwijking is juist wel goed te verklaren met behulp van supersymmetrie, SUSY, een theorie die het standaardmodel uitbreidt met zware ‘super’ varianten voor elk bekend deeltje. Deze extra deeltjes produceren vereist enorm veel energie, de reden dat we ze nog niet waargenomen hebben. Als virtuele deeltjes bestaan ze (als een van de vormen van SUSY klopt) wel – elk deeltje, hoe zwaar ook, bestaat, zij het voor een extreem korte tijd, zegt  de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Sommige van die virtuele deeltjes kunnen het verval van bestaande deeltjes (zoals de D0-mesonen) veranderen. In Grossman’s studie (2) kunnen SUSY-deeltjes als gluino’s, de superversie van gluonen die de sterke kernkracht overbrengen, de asymmetrie bevorderen tot meer dan één procent. 0,8 procent valt hier binnen.

Supersymmetrie zou ook een ander netelig probleem oplossen. Als supersymmetrie klopt, krijgt het Higgsdeeltje – dat overigens steeds meer weg krijgt van het Schotse meermonster Nessie – precies de juiste massa. Dit zou het Standaardmodel behoeden voor ineenstorting. SUSY levert met die enorme dierentuin aan superdeeltjes ook een aantal goede kandidaat-deeltjes voor donkere materie. Viervijfde van alle materie bestaat uit donkere materie en kunnen we alleen waarnemen door de zwaartekrachtsinvloed. Er komt wel weer een netelig probleem bij. Als het Higgsdeeltje niet blijkt te bestaan, wat dan?

Of een andere theorie?
Toch is nog niet iedereen overtuigd, waaronder Grossman zelf. Misschien dat Grossman’s berekeningen niet kloppen. Hij gebruikte namelijk benaderingen in de berekeningen waarmee de maximale afwijking volgens het Standaardmodel op een tiende procent werd bepaald. Grossman denkt daarom dat er in de loop van 2012 veel nieuwe berekeningen zullen verschijnen.

Wellicht verklaart deze asymmetrie ook waarom er meer materie is dan antimaterie. Toekomstige studies moeten hier meer licht op werpen. Het natuurkundewereldje kijkt ondertussen reikhalzend uit naar meer aanwijzingen voor nieuwe natuurkunde. Want na drie decennia wordt het Standaardmodel wel erg saai.

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger