Een nieuwe waarneming van subatomaire deeltjes leidt ertoe dat sommige wetenschappers het standaardmodel in twijfel trekken. PASIEKA/Getty Images

"In het licht van de laatste analyse van het verval van schoonheidsmesonen, de dageraad van een nieuw tijdperk, die van 'nieuwe fysica, ' kan naderen." Zo verkondigde een recente verklaring van het Poolse Instituut voor Kernfysica.

Nutsvoorzieningen, als je geen liefhebber van deeltjesfysica bent, je zou kunnen raden dat een schoonheidsmiddel, ook bekend als een B-meson, is een soort exotische cosmetische behandeling. Werkelijk, Hoewel, het is een soort subatomair deeltje, en volgens het standaardmodel van de deeltjesfysica - het 40 jaar oude theoretische raamwerk dat de fundamentele interacties van verschillende bouwstenen van materie en elementaire krachten beschrijft - zouden schoonheidsmesonen onder zeer specifieke hoeken en frequenties moeten vervallen.

"Het is buitengewoon moeilijk om met een geheel nieuw raamwerk te komen." John Campbell, Fermi National Accelerator Laboratory theoretisch fysicus

Wat onderzoekers de afgelopen jaren hebben ontdekt, Hoewel, is dat schoonheidsmesonen niet helemaal overeenkomen met voorspellingen op basis van het standaardmodel. Het persbericht van het instituut, bijvoorbeeld, vestigt de aandacht op gegevens uit 2011 en 2012 van de Large Hadron Collider, de faciliteit langs de Frans-Zwitserse grens die 's werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller is. Een nieuwe methode om de gegevens te analyseren, voorgesteld door de Poolse natuurkundige Marcin Chrząszcz, geeft aan dat de vervalhoek van het schoonheidsmes anders is dan wat het standaardmodel zou aangeven.

Chrząszcz benadrukt dat in de wereld van de natuurkunde, de nieuwe bevinding kwalificeert niet als een "ontdekking, omdat de afwijking niet groot genoeg is.

"Dit is wat we een observatie noemen, ' verduidelijkt hij in een e-mail.

Toch, de discrepantie voegt op zijn minst enig momentum toe aan het idee dat het al lang bestaande standaardmodel op zijn minst een kleine herziening nodig heeft. Hoewel de meeste gewone mensen er waarschijnlijk nog nooit van hebben gehoord, het standaardmodel verklaart de realiteit om ons heen op het kleinste, meest basale niveau. Het theoretisch kader beschrijft hoe de fundamentele bouwstenen van materie - de fundamentele deeltjes - worden bestuurd door krachten zoals elektromagnetisme.

Het standaardmodel "heeft met succes bijna alle experimentele resultaten verklaard en een grote verscheidenheid aan verschijnselen nauwkeurig voorspeld, " zegt de website van CERN, de Europese natuurkundige onderzoeksorganisatie die de Large Hadron Collider exploiteert. "In de loop van de tijd en door vele experimenten, het standaardmodel is gevestigd als een goed geteste natuurkundetheorie." (Als u meer details wilt, bekijk de inleiding van CERN op het standaardmodel.)

Maar hoewel het standaardmodel erg nuttig is geweest voor natuurkundigen, ze weten al een tijdje dat het niet alles verklaart over het subatomaire rijk. Zoals CERN opmerkt, de theorie verklaart slechts drie van de vier fundamentele krachten, door de invloed van de zwaartekracht weg te laten. Het verklaart ook geen fenomenen zoals de aard van donkere materie, de mysterieuze massa die samen met donkere energie, vormt 96 procent van het heelal. Er is de vraag hoe nieuw ontdekte deeltjes in de theorie zouden passen. En tenslotte, er is ook de troebelheid die blijft rond het Higgs-deeltje, een deeltje dat een essentieel onderdeel is van het standaardmodel.

In 2012, onderzoekers die de Large Hadron Collider gebruikten, kondigden aan dat ze een deeltje hadden ontdekt dat lijkt wees de juiste, maar de zaak is nog niet helemaal gesloten. "Dit deeltje is consistent met het Higgs-deeltje, maar het zal verder onderzoek vergen om te bepalen of het het Higgs-deeltje is dat wordt voorspeld door het standaardmodel, "De website van CERN legt het uit.

Betekent dat allemaal dat het tijd is om het standaardmodel weg te gooien en opnieuw te beginnen? Niet nauwelijks. John Campbell, een theoretisch fysicus bij Fermi National Accelerator Laboratory, het beste Amerikaanse laboratorium voor deeltjesfysica, legde via e-mail uit dat wetenschappers er misschien een beetje aan moeten sleutelen.

"Elk alternatief moet rekening houden met een schat aan experimentele waarnemingen die gedurende zeer vele jaren zijn gedaan, "zegt hij. "Het is buitengewoon moeilijk om met een geheel nieuw raamwerk te komen dat alle waargenomen verschijnselen op een even succesvolle manier verklaart als het standaardmodel."

In plaats daarvan, hij zegt, de beste benadering kan zijn om "extensies" toe te voegen die nieuwe deeltjes beschrijven en de manieren waarop ze interageren met deeltjes die al in het standaardmodel zitten.

"Er zijn veel mogelijke uitbreidingen, " zegt Campbell, "maar hun aantal wordt sterk verminderd door de eis dat ze geen effecten mogen introduceren die in strijd zijn met de waarnemingen tot nu toe."

De meest significante uitbreiding zou er waarschijnlijk een zijn die donkere materie verklaart in het kader van het Standaardmodel. Zo'n ontdekking "zou een diepgaande impact hebben, " hij zegt, "niet alleen in de deeltjesfysica, maar ook in de kosmologie. De onderliggende theorie van donkere materie vermoedend, we zouden in staat zijn om de verwachte effecten precies te berekenen. Bijvoorbeeld, we zouden beter kunnen begrijpen hoe we het direct kunnen waarnemen, en ook hoe zijn aanwezigheid wordt afgedrukt op de kosmos."

Dat is nou cool

De Large Hadron Collider bevat supergeleidende elektromagneten die moeten worden gekoeld tot min 456,34 graden F (min 271,3 graden Celsius) om goed te kunnen werken. Dat is kouder dan de temperatuur in de ruimte.