“We missen het grootste deel in de Large Hadron Collider”

Share Button

Van de miljarden botsingen in de Large Hadron Collider, de enorme versnellingsring van het CERN op de grens van Frankrijk en Zwitserland waarmee protonen tegen elkaar worden gebeukt, worden er maar enkelen geanalyseerd. De rest wordt gezien als niet-interessant of “vervuild” omdat er onregelmatigheden in voorkomen. Dat is niet zo slim, stelt een groep onderzoekers. Deze onregelmatigheden zouden wel eens een goudmijn aan experimentele gegevens voor afwijkende natuurkundige theorieën kunnen opleveren.

Theoriegeladenheid van de waarneming
Wellicht herinnert u de stelling nog van een college wetenschapsfilosofie. Waarneming is theoriegeladen. Stel, je ziet een groot plantaardig ding ergens staan.

Eend of konijn? Het hangt er vanaf wat voor theorie je over dit plaatje in je hoofd hebt.

Eend of konijn? Het hangt er vanaf wat voor theorie je over dit plaatje in je hoofd hebt.

Een stedeling zal zeggen: een boom. Een plattelandsbewoner met meer natuurkennis zal hetzelfde groeisel aanduiden als een esdoorn. Een boomkweker kan misschien zelfs de cultivar herkennen. Een kind ziet een spannend ding om in te klauteren. Een ambtenaar ziet een stuk natuurwaarde (of, vaker, een lastig obstakel voor het nieuwe winkelcentrum dat voor de realisatie van de vierde doelstelling van het vijfjarenplan absoluut noodzakelijk is).

Alle zien ze hetzelfde object, maar door hun verschillende kennis en wereldbeeld interpreteren ze deze anders. Kortom: je kennis en de ideeën waarin je gelooft bepaalt heel sterk wat je ziet. Voor wetenschappers geldt dit nog sterker omdat ze met vaak zeer ingewikkelde wetenschappelijk instrumenten werken. Achter die instrumenten zit vaak een ingewikkelde theorie. Alles wat buiten deze theorieën valt, is in principe niet met het instrument waar te nemen of wordt gezien als een meetfout. Bij de natuurkundeopleiding leer je om al te afwijkende meetpunten weg te gooien. In landbouw- of biologisch onderzoek is dit een wetenschappelijke doodzonde als je daar geen heel goede reden voor hebt (bijvoorbeeld omdat je constateert dat een konijn de maïszaailingen in plot C3 heeft opgegeten), want daarmee verpest je de statistische eigenschappen van de proef.

Monomanie op de LHC?
De Large Hadron Collider is één van de duurste wetenschappelijke instrumenten ooit gebouwd. Onderzoekstijd op de LHC is schaars. Op dit moment wordt het meeste onderzoek gedaan om slechts één vraag te beantwoorden: bestaat het Higgsdeeltje? Het Higgsdeeltje is een door het Standaardmodel (het natuurkundige model dat het gedrag van alle tot nu toe ontdekte deeltjes geheel verklaart) verondersteld deeltje dat moet verklaren waarom sommige elementaire deeltjes zoals quarks en elektronen massa hebben. De LHC doet niets anders dan miljarden malen achter elkaar protonen opzwepen tot iets minder dan de lichtsnelheid en vervolgens op elkaar laten beuken. De bedoeling is dat er in ieder geval in enkele van die botsingen Higgsdeeltjes aan te treffen. Andere vragen, afkomstig van minder populaire theorieën, blijven daarentegen onderbelicht. Logisch: er is maar een beperkte tijd beschikbaar om te meten en er komt werkelijk een onvoorstelbare hoeveelheid data uit de LHC: per jaar vijftienduizend harde schijven. Alle botsingen waar niet precies iets uitkomt wat lijkt op een Higgsdeeltje, wordt weggegooid. Mogelijk zitten hier uiterst interessante dingen tussen.

Anomale botsingspaden
Deeltjesfysici Patrick Meade, Michele Papucci en Tomer Volansky vinden dat laatste niet erg slim. Ze stellen nu voor om ook te letten op andere “anomale botsingspaden”: gedrag van deeltjes die zich zeer afwijkend gedragen.

In een bellenkamer laten geladen deeltjes een spoor na van bellen. Zo werd het positron ontdekt.

In een bellenkamer laten geladen deeltjes een spoor na van bellen. Zo werd het positron ontdekt.

In tegenstelling tot de extreem nauwkeurige kwantumelektrodynamica, de theorie die elektromagnetisme op kwantumschaal beschrijft (dertien decimalen precies; de nauwkeurigste theorie ooit) is kwantumchromodynamica niet erg. Op zich is dat ook logisch: kerndeeltjes, vooral quarks: de bestanddelen van protonen en neutronen, zijn veel lastiger te meten dan de veel handelbaarder elektronen. Tot overmaat van ramp reageren gluonen, de deeltjes waarmee quarks op elkaar reageren, ook nog met elkaar, wat betekent dat zelfs het gedrag van een enkel proton of neutron al een wiskundige nachtmerrie wordt. Laat staan een complete atoomkern van, zeg, goud of uranium. Het betekent echter ook dat QCD wel eens niet kan kloppen en er zich allerlei nog onbekende deeltjes met afwijkend gedrag schuilhouden in de zee van gevormde deeltjes.

Op deeltjessafari
Afwijkend gedrag van deeltjes die in alternatieve theorieën voorkomen kan onder andere bestaan uit kinks: sporen die plotseling van richting lijken te veranderen zonder een tweede knooppunt, sporen die uit het niets lijken op te duiken, afwijkende relaties tussen energie en afstand, afwijkingen in timing, ‘normale’ sporen die minder hits (‘bubbels’) dan normaal opleveren, afwijkende krommingen en sporen die oplossen in het niets. Opmerkelijk genoeg stellen de drie dit soort verschijnselen al waar te hebben genomen in diverse botsingsproeven.
Het drietal stelt als echte experimenteel natuurkundigen voor om gewoon op deeltjessafari te gaan, afwijkende verschijnselen er uit te pikken en ons domweg te laten verrassen door wat Moeder Natuur ons voorschotelt. Gezien de niet bijster indrukwekkende resultaten van veertig jaar snaartheorie, klinkt dat als een zeer aantrekkelijk voorstel. We weten niet alles. Dat maakt wetenschap nou juist zo leuk.

Bron
ArXiv

Share Button

Germen

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

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger