Nieuws

Kleine deeltjes slaan nóg groter gat in ons begrip van de werkelijkheid en laten de fysici dansen

Muonen, zwaardere varianten van elektronen, zorgen opnieuw voor grote opwinding in de wereld van de natuurkunde. Dezelfde deeltjes die twee weken terug al ons begrip van de fysieke werkelijkheid op losse schroeven zetten, slaan ditmaal een nóg grotere scheur in onze kennis van de natuur.

Het Muon g-2 experiment bij Fermilab Beeld Fermilab
Het Muon g-2 experiment bij FermilabBeeld Fermilab

Rond half zes Nederlandse tijd trok een golf van opwinding door de internationale gemeenschap van deeltjesfysici. Het Amerikaanse Fermilab, het befaamde deeltjesinstituut in Chicago, maakte toen bekend dat ze muonen – zwaardere varianten van elektronen – hadden blootgesteld aan een krachtig magneetveld. Toen de deeltjes daarop begonnen te draaien en wiebelen als een tol op een tafel, deden ze dat op een manier die onmiskenbaar een héél klein beetje afweek van de beste theoretische voorspellingen. De waarschijnlijkste verklaring? De invloed van een onbekende natuurkracht of nieuwe fundamentele deeltjes.

De meting kan daarmee een ware natuurkunderevolutie veroorzaken. ‘Ik danste letterlijk door de kamer van enthousiasme’, zegt deeltjesfysicus Tristan du Pree van het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef, zelf niet bij het experiment betrokken. Samen met zijn vrouw – eveneens deeltjesfysicus – volgde hij met bier en pizza de livestream van de bekendmaking. ‘Het bleek gelukkig een prachtig resultaat. We wachten hier al twintig jaar op.’

Weer muonen

De bekendmaking volgt twee weken op ánder groot nieuws uit de wereld van de deeltjesfysica. Toen deelden onderzoekers van het Europese deeltjeslab Cern eveneens afwijkend gedrag bij muonen, al ging het daarbij wel om ánder gedrag.

‘Dat dit twee keer bij muonen gebeurt, hoeft geen toeval te zijn’, zegt Du Pree. Achter de schermen zou dezelfde kracht of hetzelfde deeltje aan de touwtjes kunnen trekken. ‘Maar het eerlijke antwoord is: we weten het nog niet.’

De nieuwe resultaten zijn van belang omdat ze betekenen dat de wetten die het gedrag van onze fysieke werkelijkheid beschrijven op het meest fijnmazige niveau wellicht anders zijn dan gedacht.

Een wetenschapper aan het werk bij het zogeheten Muon g-2 experiment. Beeld Fermilab
Een wetenschapper aan het werk bij het zogeheten Muon g-2 experiment.Beeld Fermilab

Koffiemok of T-shirt

Het gaat daarbij om het gedrag van deeltjes, de bouwsteentjes waarvan alles van pantoffeldiertjes tot complete sterrenstelsels zijn gemaakt. Fysici voegden decennia terug alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties samen in het zogeheten standaardmodel van de deeltjesfysica, dat past op een koffiemok of T-shirt. Tegelijk weten fysici dat er méér moet zijn dan dat standaardmodel. Zo is bijvoorbeeld de zwaartekracht, die ons op de aarde plakt en de aarde in een baan om de zon houdt, in het model nog onbegrepen.

Vandaar dat men al jarenlang reikhalzend uitkijkt naar het resultaat uit Fermilab. Al in 2001 hadden fysici bij een ander experiment de afwijking van het model gezien, maar de achterliggende statistiek was destijds niet sterk genoeg. De hoop was dat meer metingen de vondst op steviger grond zouden plaatsen. Dat bleek woensdagmiddag het geval.

Eén op 40 duizend

De kans dat de gemelde afwijking van het standaardmodel niets meer is dan een statistische luchtspiegeling is na het meest recente resultaat geslonken tot grofweg 1 op 40 duizend. Dat betekent dat het resultaat ook steviger is dan wat de Europese collega’s twee weken eerder meldden. Bij hun experiment was die kans 1 op 1.000.

Beide resultaten bereiken overigens niet de gouden standaard die deeltjesfysici hanteren om van een ontdekking te mogen spreken. Dan moet die kans slinken tot 1 op 3,5 miljoen. ‘Een kwestie van tijd’, oordeelt Du Pree. ‘Bij de huidige analyse hebben ze nog maar 6 procent van de meetgegevens geanalyseerd. Er zit dus nog meer dan genoeg in het vat om die laatste horde te nemen.’

Complexe berekening

Overigens hangt een prangende kwestie nog wel boven de markt. De voorspelling voor het getol en gewiebel van de muonen volgt uit een lange, complexe berekening. ‘Of daar misschien nog een foutje inzit: dat is een vraag die de komende jaren vaker zal worden gesteld’, zegt Du Pree.

Desondanks lijkt het standaardmodel – en het daarmee gepaard gaande begrip van de fysieke werkelijkheid waarin we leven – steeds nadrukkelijker scheuren te vertonen. Het is wachten wie straks het laatste zetje geeft.

Meer over