Lichthobbeltje zet CERN op zijn kop

Het is een gekkenhuis, dezer dagen op deeltjeslab CERN in Genève, in de aanloop naar de traditionele voorjaarsvergadering Rencontres de Moriond, die volgend weekend begint. Experimentatoren van de grote Atlas-detector en CMS-detector vliegen af en aan voor overleg, discussies en analyses. Theoretici gaan door de stapels verklaringen voor wat alle opwinding veroorzaakt: een onooglijk hobbeltje op de datagrafieken. De vraag is of het echt is. En wat het betekent.

Martijn van Calmthout
CMS-detector. Beeld Martijn van Calmthout
CMS-detector.Beeld Martijn van Calmthout

Sinds afgelopen december is die zogeheten 'bump' onderwerp van speculaties. Tussen de brokstukken van protonen die in de opgevoerde LHC-versneller met ongekende energie op elkaar botsen, duiken opvallend veel paren lichtdeeltjes (fotonen) op die samen een energie van 750 giga-elektronvolt hebben. Die energie, bijna 800 protonmassa's groot, lijkt te komen van een onbekend, zeer zwaar deeltje dat tot nog toe buiten het bereik van alle versnellers lag. Bijzonder is dat daarbij alleen paren fotonen lijken te ontstaan. Dat, weten theoretici, past op geen enkele manier in de standaardnatuurkunde.

'Het Higgs-deeltje dat we in 2014 vonden, was een sluitsteen voor de bestaande theorie, en in zekere zin dus ook verwacht', zegt de van oorsprong Nederlandse CMS-fysicus Freya Blekman van de Vrije Universiteit Brussel. 'Maar als dit signaal stand houdt, is het iets wat niemand heeft zien aankomen. Dat verklaart de opwinding: dit kan een eerste blik op echt nieuwe natuurkunde zijn.'

Blekman en andere natuurkundigen zijn druk doende met analyses van de gegevens die in 2015 met de LHC zijn verzameld. Tot Moriond mag er niet over de metingen worden gepraat, daar zullen ook de Atlas-fysici voor het eerst de data en analyses van CMS te zien krijgen.

Opwinding

Opvallend is wel dat in december bij de eerste aanwijzingen beide detectoren een vergelijkbaar signaal zagen, terwijl ze aan dezelfde versneller staan, maar verder helemaal onafhankelijk meten. 'Een beetje opwinding is geoorloofd', zei de nieuwe baas van CERN, Fabiola Gianotti in januari al. 'X(750) kan werk betekenen voor een hele generatie fysici.'

En die slag om de arm is nog steeds nodig, zegt een andere Nederlander op CERN, experimentator Tristan du Pree. 'Er zijn eerder bobbeltjes op de data verschenen die dan toch met doormeten weer verdwenen. Er zijn zoveel data dat er af en toe een exces zal opduiken. Heel streng zijn een meer data, daar draait het om.'

Sinds december, zegt Blekman, zijn er geen nieuwe meetgegevens, de LHC-versneller ligt tot april stil voor de jaarlijkse winterstop. 'Wat we nu doen is alle bestaande data opnieuw analyseren.' CMS heeft wel een kwart van de data toegevoegd die eerder waren weggezet omdat de grote magneet in de detector een door een koelprobleem niet aan mocht. Dat moet meer statistische power geven. 'Dat kan ons piekje wat hoger maken', zegt Blekman omzichtig.

Van een echte ontdekking is echter hoe dan ook geen sprake. Fysici eisen voor een echte discovery minimaal 5 sigma betrouwbaarheid; Atlas en CMS meldden in december een effect van minimaal 2 sigma effect. Nu, is het gerucht op CERN, hebben beide detectoren zeker 3 sigma. 'Dat noem je in het jargon een hint', zegt Blekman. Een 5 sigma resultaat is te vergelijken met ongeveer 22 keer achter elkaar kop gooien met een munt; dan is er vrijwel zeker iets aan de hand met de munt. Zover is het nog niet met X(750), ook na Moriond niet, zeggen bronnen op CERN.

Lawine van artikelen

De theoretici zitten intussen niet stil. Sinds de eerste geruchten is er een lawine artikelen op de publicatiesite Arxiv verschenen. De teller staat daar nu op meer dan 250 papers. Ruwweg zien ze drie mogelijke verklaringen. Er zou, denken sommige theoretici, sprake zijn van meer dimensies dan ruimte en tijd die we gewend zijn. Een extra natuurkracht, voorbij de vier bekende, zou ook een optie kunnen zijn. En ook is er de mogelijkheid dat het nieuwe domein donkere materie is, het spul dat wel zwaartekracht in het universum geeft maar geen licht geeft.

Op de Moriond-conferentie, dit jaar in skigebied Aosta, Italië, staat bobbel X(750) op de agenda voor volgende week woensdagmiddag. Of er een officiële publicatie komt, staat nog niet vast, zegt Blekman. 'Het kan bijvoorbeeld zijn dat Atlas en CMS hun data toch willen combineren tot een sterker resultaat en een echte paper.' Maar ook als het bij een voorlopig CERN-notitie blijft, kijkt de wereld mee, realiseert ze zich. 'Terecht. De LHC is gebouwd voor twee dingen: de Higgs en nieuwe fysica. De Higgs hadden we al, meer voelt als een cadeau.'

Meer over