Er was enorm veel opwinding toen het Higgs-deeltje voor het eerst werd gespot in 2012 - een ontdekking die in 2013 de Nobelprijs voor de natuurkunde in de wacht sleepte. Het deeltje voltooide het zogenaamde standaardmodel, onze huidige beste theorie om de natuur te begrijpen op het niveau van deeltjes.

Nu denken wetenschappers van de Large Hadron Collider (LHC) in Cern dat ze misschien een ander deeltje hebben gezien, gedetecteerd als een piek bij een bepaalde energie in de gegevens, hoewel de bevinding nog moet worden bevestigd. Nogmaals, er is veel opwinding onder deeltjesfysici, maar deze keer is het vermengd met een gevoel van angst. In tegenstelling tot het Higgs-deeltje, die ons begrip van de fysieke realiteit bevestigde, dit nieuwe deeltje lijkt het te bedreigen.

Het nieuwe resultaat – bestaande uit een mysterieuze hobbel in de data bij 28 GeV (een eenheid van energie) – is als preprint gepubliceerd op ArXiv . Het staat nog niet in een peer-reviewed tijdschrift, maar dat is niet erg. De LHC-samenwerkingen hebben zeer strakke interne beoordelingsprocedures, en we kunnen er zeker van zijn dat de auteurs de sommen correct hebben gedaan wanneer ze een "4,2 standaarddeviatie significantie" rapporteren. Dat betekent dat de kans dat je toevallig zo'n grote piek krijgt - gecreëerd door willekeurige ruis in de gegevens in plaats van een echt deeltje - slechts 0,0013% is. Dat is klein - 13 op een miljoen. Het lijkt er dus op dat het een echt evenement moet zijn in plaats van willekeurig lawaai - maar niemand opent de champagne nog.

Wat de gegevens zeggen

Veel LHC-experimenten, die bundels protonen (deeltjes in de atoomkern) tegen elkaar slaan, bewijs vinden voor nieuwe en exotische deeltjes door te zoeken naar een ongewone opeenhoping van bekende deeltjes, zoals fotonen (lichtdeeltjes) of elektronen. Dat komt omdat zware en "onzichtbare" deeltjes zoals de Higgs vaak onstabiel zijn en de neiging hebben uit elkaar te vallen (vervallen) in lichtere deeltjes die gemakkelijker te detecteren zijn. We kunnen deze deeltjes dus opzoeken in experimentele data om te bepalen of ze het gevolg zijn van een zwaarder deeltjesverval. De LHC heeft met dergelijke technieken veel nieuwe deeltjes gevonden, en ze passen allemaal in het standaardmodel.

De nieuwe bevinding komt van een experiment met de CMS-detector, die een aantal paren muonen registreerde - bekende en gemakkelijk te identificeren deeltjes die vergelijkbaar zijn met elektronen, maar zwaarder. Het analyseerde hun energieën en richtingen en vroeg:als dit paar afkomstig was van het verval van een enkel ouderdeeltje, wat zou de massa van die ouder zijn?

In de meeste gevallen, paren muonen komen uit verschillende bronnen - afkomstig van twee verschillende gebeurtenissen in plaats van het verval van één deeltje. Als u in dergelijke gevallen een oudermassa probeert te berekenen, zou deze zich daarom verspreiden over een breed scala aan energieën in plaats van een smalle piek te creëren die specifiek is bij 28 GeV (of een andere energie) in de gegevens. Maar in dit geval lijkt het er zeker op dat er een piek is. Misschien. Je kunt naar de figuur kijken en zelf oordelen.

Is dit een echte piek of is het slechts een statistische fluctuatie vanwege de willekeurige spreiding van de punten over de achtergrond (de gestippelde curve)? Als het echt is, betekent dat dat een paar van deze muonparen inderdaad afkomstig zijn van slechts een groot ouderdeeltje dat verviel door muonen uit te zenden - en zo'n 28 GeV-deeltje is nog nooit eerder gezien.

Dus het ziet er allemaal nogal intrigerend uit, maar, de geschiedenis heeft ons voorzichtigheid geleerd. Deze significante effecten zijn in het verleden verschenen, alleen verdwijnen als er meer gegevens worden verzameld. De Digamma(750) anomalie is een recent voorbeeld van een lange opeenvolging van valse alarmen - valse "ontdekkingen" als gevolg van storingen in de apparatuur, overenthousiaste analyse of gewoon pech.

Dit is deels te wijten aan iets dat het "kijk ergens anders-effect" wordt genoemd:hoewel de kans dat willekeurige ruis een piek produceert als je specifiek naar een waarde van 28 GeV kijkt, 13 op een miljoen kan zijn, zo'n ruis zou ergens anders in de plot een hoogtepunt kunnen geven, misschien bij 29GeV of 16GeV. De kansen dat deze aan toeval te wijten zijn, zijn ook klein wanneer ze respectievelijk worden beschouwd, maar de som van deze kleine kansen is niet zo klein (hoewel nog steeds vrij klein). Dat betekent dat het niet onmogelijk is dat er een piek ontstaat door willekeurige ruis.

En er zijn enkele raadselachtige aspecten. Bijvoorbeeld, de hobbel verscheen in een LHC-run, maar niet in een andere, toen de energie verdubbeld was. Je zou verwachten dat nieuwe fenomenen groter worden als de energie hoger is. Het kan zijn dat daar redenen voor zijn, maar op dit moment is het een ongemakkelijk feit.

Nieuwe fysieke realiteit?

De theorie is nog onlogischer. Net zoals experimentele deeltjesfysici hun tijd besteden aan het zoeken naar nieuwe deeltjes, theoretici besteden hun tijd aan het bedenken van nieuwe deeltjes waar het zinvol zou zijn om naar te zoeken:deeltjes die de ontbrekende stukjes van het standaardmodel zouden opvullen, of donkere materie uitleggen (een soort onzichtbare materie), of allebei. Maar niemand heeft zoiets voorgesteld.

Bijvoorbeeld, theoretici suggereren dat we een lichtere versie van het Higgs-deeltje zouden kunnen vinden. Maar iets van dat soort zou niet vervallen tot muonen. Er is ook gesproken over een licht Z-boson of een zwaar foton, maar ze zouden interageren met elektronen. Dat betekent dat we ze waarschijnlijk al hadden moeten ontdekken, aangezien elektronen gemakkelijk te detecteren zijn. Het potentiële nieuwe deeltje komt niet overeen met de eigenschappen van een van de voorgestelde.

Als dit deeltje echt bestaat, dan staat het niet alleen buiten het standaardmodel, maar erbuiten op een manier die niemand had voorzien. Net zoals de zwaartekracht van Newton plaats maakte voor Einsteins algemene relativiteitstheorie, het standaardmodel wordt vervangen. Maar de vervanger zal niet een van de favoriete kandidaten zijn die al zijn voorgesteld om het standaardmodel uit te breiden:inclusief supersymmetrie, extra dimensies en grote unificatietheorieën. Deze stellen allemaal nieuwe deeltjes voor, maar geen met eigenschappen zoals degene die we net hebben gezien. Het zal iets zo raars moeten zijn dat niemand het nog heeft gesuggereerd.

Gelukkig het andere grote LHC-experiment, ATLAS, heeft vergelijkbare gegevens van hun experimenten. Het team is het nog aan het analyseren, en zal te zijner tijd verslag uitbrengen. Cynische ervaring zegt dat ze een nulsignaal zullen rapporteren, en dit resultaat zal zich bij de galerij van statistische fluctuaties voegen. Maar misschien - heel misschien - zullen ze iets zien. En dan wordt het leven voor experimentatoren en theoretici ineens heel druk en heel interessant.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.