Sporen van nieuwe natuurkunde ontdekt in LHC-data

Share Button

Met de ontdekking van het Higgsdeeltje wil het, alle mediaheisa ten spijt, nog niet bepaald opschieten. Wel blijken er in de enorme hoeveelheid data die het CERN vrij heeft gegeven, heel wat interessante metingen te zitten die niet met het Standaardmodel te verklaren zijn. Nieuwe natuurkunde op komst dus. Enkele theorieën zijn al gesneuveld, maar één voorspelt deze waarnemingen precies…

Dual use
Toen de staf van de LHC wereldkundig maakten dat ze sporen van het Higgdeeltje leken te hebben ontdekt, stelden ze al hun meetdata voor download ter beschikking aan natuurkundigen over de hele wereld. De bedoeling hiervan was om de conclusies van het LHC, dat er een mogelijk Higgsdeeltje met een massa tussen de 124 en 126 GeV/c2 gevonden was, na te rekenen. Er zijn echter heel wat natuurkundige theorieën die verder gaan dan het Standaardmodel. Geen wonder dat veel theoretisch natuurkundigen de gelegenheid te baat namen om hun lievelingstheorie – of die van hun concullega’s – te beproeven aan de hand van de geopenbaarde LHC-gegevens.

Zou Lisa Randalls radion werkelijk bestaan? Zo ja, dan zou ze wel eens de derde vrouwelijke Nobelprijswinnaar natuurkunde kunnen worden.

Zou Lisa Randalls radion werkelijk bestaan? Zo ja, dan zou ze wel eens de derde vrouwelijke Nobelprijswinnaar natuurkunde kunnen worden.

Higgsdeeltje verandert vervalwijze deeltjes
Een bijproduct van de pogingen om de massa van het Higgdeeltje te bepalen, is een grote hoeveelheid statistiek en modelleren van botsingen. Niet alleen produceren deze botsingen grote hoeveelheden van verschillende deeltjes, maar deze deeltjes vallen weer uiteen in andere deeltjes die op hun beurt met elkaar wisselwerken. Welke deeltjes precies ontstaan en hoe ze wisselwerken is niet vooraf te voorspellen; wel kan de kansverdeling worden voorspeld. Deze kansverdeling wordt bepaald door de omstandigheden van de botsing.

De detector kan niet de instabiele tussendeeltjes, zoals W-bosonen en pionen, rechtstreeks detecteren. In feite kunnen alleen elektronen, positronen (anti-elektronen), de zwaardere muonen en straling, die vbrijkomen als de instabiele tussenproducten uit elkaar vallen, worden gedetecteerd. Uit de waargenomen vervalpaden moeten dan de deeltjes worden afgeleid. Sommige vervalpaden komen vaker voor dan andere. Als er een Higgsdeeltje bestaat, heeft dat invloed op de verhouding waarin de verschillende vervalpaden voorkomen. Het Standaardmodel geeft aan hoe.

Goede massa, verkeerde vervalpad-verhouding
De – waarschijnlijke – massa van het “Higgsdeeltje” komt vrij goed overeen met wat – na het nodige gepruts – het Standaardmodel voorspelt, maar de door het LHC-team waargenomen vervalpadverhoudingen zijn heel anders dan voorspeld. Volgens Kingman Cheung en Tzu-Chiang Yuan, beide verbonden aan Taiwanese universiteiten, is dat lastig in te passen in het Standaardmodel. Overigens is de betrouwbaarheid van de data (deze berust immers op veel, heel veel botsingen), nu nog niet groot genoeg om al met zekerheid te kunnen zeggen dat het Standaardmodel niet meer deugt.

Eindelijk dan toch nieuwe natuurkunde?
De meeste natuurkundigen snakken naar experimentele data die afwijken van het Standaardmodel. Tot nu toe heeft de LHC namelijk nog niets nieuws opgeleverd. Er zijn al tientallen uitbreidingen voorbij het Standaardmodel bedacht, alle met als doel het conflict tussen de algemene relativiteitstheorie en de twee kwantumveldtheorieën die de rest van de natuurkunde beschrijven, op te lossen.

De vraag is uiteraard welke theorie klopt. De eenvoudigste variant van de populaire supersymmetrie klopt in ieder geval niet. De voorspelde superpartners van bekende deeltjes, blijken namelijk niet voor te komen in de LHC-metingen. In andere varianten van supersymmetrie zijn deze veel zwaarder, boven het vermogen van de LHC.

Darwinistische theorie-selectie
Elke nieuwe waarneming betekent daarmee dat er theorieën worden uitgeschakeld terwijl de kansen voor andere theorieën juist groter worden. Eén van deze theorieën is een soort supersymmetrie waarbij er één extra dimensie voorkomt en daarnaast een grote hoeveelheid nieuwe, zwaardere deeltjes. De productie van één van de deeltjes uit deze theorie, het zogeheten Randall-Sundrum radion (M. Gabella, 2006), vergroot inderdaad het aantal van precies één bepaalde aftakking en vermindert het aantal van twee andere, zoals waargenomen door het LHC. Volgens de bijbehorende theorie is er een vijfde dimensie (de vierde is de tijd), die opgerold is. Om die reden merken wij hiervan bij lage energieën niets.

Nog veel meetonzekerheid
Wel is de foutenmarge nog te groot om to een definitieve conclusie te komen en zal dat ook in de loop van dit jaar zo blijven. Zelfs als de LHC het Higgsdeeltje vaststelt op 125 GeV/c2 (wat inderdaad precies overeeenkomt met de laagste resonantiewaarde in het artikel van Gabella).

Nog steeds geen definitief bewijs voor een bepaalde theorie voorbij het Standaardmodel dus, maar als de experimenten maar lang genoeg worden voortgezet, zal op een gegeven moment een afwijking worden gevonden met voldoende meetnauwkeurigheid om één van de theorieën tot winnaar uit te roepen. Eeuwige roem zal de geluksvogel die deze theorie bedacht, dan ten deel vallen.

Bron
Kingman Cheung en Tzu-Chiang Yuan, Could the Excess Seen at 124–126 GeV Be due to the Randall-Sundrum Radion?, Physical Review Letters, 2012, DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.141602

Share Button

Germen

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

Dit vind je misschien ook interessant:

10 reacties

  1. Birdy schreef:

    geluksvogel lijkt mij een belediging voor de gene of genen die deze theorie uitgedacht hebben.
    alsof ze maar wat aan het spelen zijn en dan met geluk een theorie uitdenken.

  2. a.vrijlant schreef:

    Het is nooit te vroeg om de wereld van materie te gaan ontdekken, het is de wereld waarin een mens leeft, waarin hij kan onderzoeken hoe zijn eigen elementaire deeltjes functioneren die de dingen laten gebeuren zoals ze gebeuren. De fysica is een leuk middel om geconfronteerd te worden met  de gedachten die er daar zijn over deeltjes en alles wat er mee samenhangt. In de lilaca is er heel wat onderzoek gedaan naar de werkingen van de menselijke materie met vaak verrassende uitkomsten. De mogelijkheden om de eigen lichaamsmaterie met al zijn atoomstructuren te leren kennen is reëel aanwezig. Want levend in een universum van materie is het vanzelfsprekend heel interessant om te weten uit welke soorten materie een mens bestaat. Zo komt men als vanzelf uit bij de grote onbekende waar iedereen naar op zoek is.

  3. antares schreef:

    Nou, ik hoop van harte dat professor Lisa Randall die eeuwige roem oogst. Al heb ik dan de inzichten niet om deze dame te kunnen volgen, mij ontbreekt het gelukkig ook totaal aan jaloerse gevoelens, die vaak een rol spelen op dergelijk prestatieniveau en uiterlijk. Absoluut brilliant, een schoonheid, en blond, dat knalt je helemaal te gemoed als man. Kan mij voorstellen dat die academische kerels elkaar lekker zwart hebben gemaakt, in de strijdt om haar gunsten, hahaha.

  4. Robert schreef:

    Voor degene die dachten dat ik misschien maar wat onzin zat uit te kramen in reactie op artikel De zaak van de sterren die niet horen te bestaan 

    Het zal niet lang meer duren en dan gaat alles op de schop, vergeet alles wat je denkt te weten!
    De nieuwe wetenschap en het nieuwe denken staan om de hoek.
    In feite is het er nu al maar het is nog niet “bewezen”..!

    • antares schreef:

      Wat bedoel je met “De nieuwe wetenschap en het nieuwe denken staan om de hoek.” Robert? Ik dacht dat het nieuwste van het nieuwste hier al telkens verscheen.

      • Robert schreef:

        Ja het nieuwste van het nieuwste staat hier ook antares, maar dat wil niet zeggen dat er nog  zoveel meer is… ;)

        • Robert schreef:

          Met het nieuwe denken bedoel ik de brug tussen spiritualiteit en wetenschap.

        • antares schreef:

          Ik heb op dit ogenblik het nieuwe denken onder invloed van spiritus ook ontdekt… Phoei, dat valt niet mee hoor. Moet je niet doen geloof ik. Ga nu de koffiepot maar eens opzoeken.

  5. quark schreef:

    Tijdje geleden kwam ik een artikel tegen dat vragen oproept bij het filterproces van de data. Het is misschien te ‘biased’ is, teveel geneigd te zoeken naar wat wordt verwacht. Mislukte self-fulfilling prophesy?
    http://www.newscientist.com/article/mg21328564.700-is-the-lhc-throwing-away-too-much-data.html
    Ze moeten maar ’s verder kijken dan hun neus lang is!

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger