Een team van wetenschappers in Hongarije heeft onlangs een paper gepubliceerd waarin wordt gesuggereerd dat er een voorheen onbekend subatomair deeltje bestaat. Het team meldde voor het eerst sporen van het deeltje in 2016, en ze rapporteren nu meer sporen in een ander experiment.

Als de resultaten worden bevestigd, het zogenaamde X17-deeltje zou donkere materie kunnen helpen verklaren, de mysterieuze substantie waarvan wetenschappers denken dat het goed is voor meer dan 80% van de massa in het universum. Het kan de drager zijn van een "vijfde kracht" voorbij de vier die in het standaardmodel van de fysica (zwaartekracht, elektromagnetisme, de zwakke kernkracht en de sterke kernkracht).

Atomen breken

De meeste onderzoekers die op nieuwe deeltjes jagen, gebruiken enorme versnellers die subatomaire deeltjes met hoge snelheid tegen elkaar slaan en kijken naar wat er uit de explosie komt. De grootste van deze versnellers is de Large Hadron Collider in Europa, waar het Higgs-deeltje - een deeltjes waar wetenschappers al tientallen jaren op jagen - in 2012 werd ontdekt.

Attila J. Krasznahorkay en zijn collega's bij ATOMKI (het Instituut voor Nucleair Onderzoek in Debrecen, Hongarije) hebben een andere benadering gekozen, kleinere experimenten uitvoeren die de subatomaire deeltjes, protonen genaamd, afvuren op de kernen van verschillende atomen.

in 2016, ze keken naar elektronenparen en positronen (de antimaterieversie van elektronen) die werden geproduceerd toen beryllium-8-kernen van een hoge energietoestand naar een lage energietoestand gingen.

Ze vonden een afwijking van wat ze verwachtten te zien als er een grote hoek was tussen de elektronen en positronen. Deze anomalie zou het best kunnen worden verklaard als de kern een onbekend deeltje zou uitzenden dat later zou "splitsen" in een elektron en een positron.

Dit deeltje zou een boson moeten zijn, wat is het soort deeltje dat kracht draagt, en zijn massa zou ongeveer 17 miljoen elektronvolt zijn. Dat is ongeveer net zo zwaar als 34 elektronen, wat vrij licht is voor een deeltje als dit. (Het Higgs-deeltje, bijvoorbeeld, is meer dan 10, 000 keer zwaarder.)

Door zijn massa, Krasznahorkay en zijn team noemden het hypothetische deeltje X17. Nu hebben ze vreemd gedrag waargenomen in helium-4-kernen, wat ook kan worden verklaard door de aanwezigheid van X17.

Deze laatste anomalie is statistisch significant:een betrouwbaarheidsniveau van zeven sigma, wat betekent dat er slechts een zeer kleine kans is dat het resultaat door toeval is ontstaan. Dit gaat veel verder dan de gebruikelijke vijf-sigma-standaard voor een nieuwe ontdekking, dus het resultaat lijkt te suggereren dat er hier wat nieuwe natuurkunde is.

Controleren en dubbel controleren

Echter, de nieuwe aankondiging en die in 2016 zijn door de natuurkundige gemeenschap met scepsis ontvangen - het soort scepticisme dat niet bestond toen twee teams tegelijkertijd de ontdekking van het Higgs-deeltje aankondigden in 2012.

Dus waarom is het zo moeilijk voor natuurkundigen om te geloven dat een nieuw lichtgewicht boson als dit zou kunnen bestaan?

Eerst, dit soort experimenten zijn moeilijk, en dat geldt ook voor de analyse van de gegevens. Signalen kunnen verschijnen en verdwijnen. Terug in 2004, bijvoorbeeld, de groep in Debrecen vond bewijs dat ze interpreteerden als het mogelijke bestaan ​​van een nog lichter boson, maar toen ze het experiment herhaalden, was het signaal weg.

Tweede, men moet ervoor zorgen dat het bestaan ​​van X17 compatibel is met de resultaten van andere experimenten. In dit geval, zowel het resultaat van 2016 met beryllium als het nieuwe resultaat met helium kan verklaard worden door het bestaan ​​van X17 maar een onafhankelijke controle van een onafhankelijke groep blijft nodig.

Krasznahorkay en zijn groep rapporteerden voor het eerst zwak bewijs (op een drie-sigma-niveau) voor een nieuw boson in 2012 in een werkplaats in Italië.

Sindsdien heeft het team het experiment herhaald met behulp van verbeterde apparatuur en met succes de beryllium-8-resultaten gereproduceerd, wat geruststellend is, net als de nieuwe resultaten in helium-4. Deze nieuwe resultaten werden gepresenteerd op het HIAS 2019-symposium aan de Australian National University in Canberra.

Wat heeft dit met donkere materie te maken?

Wetenschappers geloven dat de meeste materie in het universum voor ons onzichtbaar is. Zogenaamde donkere materie zou slechts zeer zwak interageren met normale materie. We kunnen afleiden dat het bestaat uit zijn zwaartekrachtseffecten op verre sterren en sterrenstelsels, maar het is nooit in het lab ontdekt.

Dus waar komt X17 binnen?

In 2003, in een van ons (Boehm) toonde aan dat een deeltje als X17 zou kunnen bestaan, in het werk co-auteur met Pierre Fayet en alleen. Het zou kracht overbrengen tussen donkere materiedeeltjes op ongeveer dezelfde manier als fotonen, of lichtdeeltjes, doen voor gewone zaken.

In een van de scenario's die ik voorstelde, lichtgewicht donkere materiedeeltjes kunnen soms elektronenparen en positronen produceren op een manier die vergelijkbaar is met wat Krasznahorkay's team heeft gezien.

Dit scenario heeft geleid tot veel zoekopdrachten in energiezuinige experimenten, die veel mogelijkheden hebben uitgesloten. Echter, X17 is nog niet uitgesloten - in dat geval zou de Debrecen-groep inderdaad hebben ontdekt hoe donkere materiedeeltjes communiceren met onze wereld.

Meer bewijs nodig

Hoewel de resultaten van Debrecen erg interessant zijn, de natuurkundige gemeenschap zal er niet van overtuigd zijn dat er inderdaad een nieuw deeltje is gevonden totdat er onafhankelijke bevestiging is.

We kunnen dus veel experimenten over de hele wereld verwachten die op zoek zijn naar een nieuw lichtgewicht boson om op jacht te gaan naar bewijs van X17 en zijn interactie met paren elektronen en positronen.

Als de bevestiging binnenkomt, de volgende ontdekking zouden de donkere materiedeeltjes zelf kunnen zijn.

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