Is het standaardmodel van de deeltjesfysica op belangrijke punten onjuist? De laatste tijd is er een toename van experimentele waarnemingen die afwijken van de voorspellingen van deze algemeen aanvaarde natuurkundige theorie. Een recent onderzoek door de Universiteit van Bonn levert nu nog sterker bewijs voor het bestaan ​​van 'nieuwe fysica'. De definitieve versie van het artikel is nu gepubliceerd in het tijdschrift Natuurkunde Letters B . Hoofdauteur Chien-Yeah Seng zal de resultaten half oktober presenteren tijdens de najaarsbijeenkomst van de U.S. Physical Society.

Het standaardmodel van de deeltjesfysica beschrijft de bouwstenen waaruit de wereld bestaat:wij mensen, de zandkorrels op het strand, het oceaanwater waarin we ons koelen, maar ook de zon die op ons brandt. Het model legt ook uit welke krachten tussen deze elementaire deeltjes werken, en stelt ons in staat om veel fysieke verschijnselen te begrijpen.

"Echter, er zijn ook vragen die deze theorie niet kan beantwoorden, " legt Dr. Chien-Yeah Seng uit, een postdoctoraal onderzoeker aan het Helmholtz Instituut voor Straling en Kernfysica aan de Universiteit van Bonn. "Bijvoorbeeld, de meeste onderzoekers gaan ervan uit dat 95 procent van ons universum bestaat uit donkere materie en donkere energie, die we met onze meetinstrumenten niet direct kunnen detecteren. Maar het bestaan ​​van deze mysterieuze componenten kan niet worden afgeleid uit het standaardmodel."

Veel onderzoekers gaan er daarom van uit dat het Standaardmodel nog niet het ultieme antwoord is, maar moet worden aangevuld of zelfs fundamenteel gewijzigd. Een toenemend aantal experimentele bevindingen wijst ook in deze richting, bijvoorbeeld die over het verval van de zogenaamde kaonen. Deze deeltjes zijn een bestanddeel van kosmische straling die afkomstig is van sterren en sterrenstelsels. Ze zijn niet stabiel, maar vervalt gemiddeld na een paar miljardsten van een seconde.

Kleine discrepantie tussen meting en theorie

Een parameter van het standaardmodel genaamd Vus beschrijft dit verval. De waarde ervan kan wiskundig worden afgeleid uit meetgegevens van experimenten. Echter, als dit wordt gedaan voor verschillende vervalpaden van kaonen, verschillende resultaten worden verkregen voor Vus. "Dit zou een aanwijzing kunnen zijn voor natuurkunde die verder gaat dan het standaardmodel, "Seng verduidelijkt.

Maar helemaal zeker is het niet. Dit komt omdat er in principe drie mogelijke redenen zijn voor deze discrepantie:de metingen in de experimenten kunnen verkeerd of te onnauwkeurig zijn. Tweede, misschien is de berekening van de relevante verval onder het Standaardmodel niet nauwkeurig genoeg. Of, derde, het standaardmodel is op dit moment feitelijk onjuist. "De eerste verklaring wordt nu als onwaarschijnlijk beschouwd, " benadrukt Prof. Dr. Ulf Meißner van het Helmholtz Instituut. "Ten eerste:het is nu mogelijk om Vus experimenteel te bepalen met toenemende precisie. Tweede, deze metingen zijn nu vele malen herhaald."

Klopt de theorie niet? Of is de berekening te onnauwkeurig?

Echter, het is nog onduidelijk of de berekeningen van het verval in het kader van het Standaardmodel nauwkeurig genoeg zijn om Vus te extraheren. Dit komt omdat het berekenen hiervan slechts bij benadering mogelijk is, en alleen met het gebruik van extreem krachtige supercomputers. Daarnaast, zelfs de snelste computers zouden op dit moment tientallen jaren bezig zijn om een ​​voldoende hoge rekennauwkeurigheid te bereiken. "Echter, we hebben een hoge nauwkeurigheid nodig om er voldoende zeker van te zijn dat de discrepantie tussen de Vus-waarden inderdaad wijst op een fout in het standaardmodel, ’ benadrukt Seng.

Samen met collega's, de jonge onderzoeker uit Maleisië heeft nu een methode ontwikkeld die de rekentijd aanzienlijk kan verkorten. "Om dat te doen, we hebben het probleem opgesplitst - Vus nauwkeurig geëxtraheerd - in veel eenvoudiger deelproblemen, "zegt hij. "Dit maakte het mogelijk om de waarde van Vus van kaon-verval veel sneller en nauwkeuriger te bepalen dan voorheen."

Bewijs van 'nieuwe fysica' neemt toe

De resultaten bevestigen de discrepantie tussen de Vus-waarden. Het bewijs voor een "nieuwe fysica" voorbij het standaardmodel is daarom sterker geworden. "We kunnen nog niet helemaal zeker zijn, Hoewel, " zegt Seng, die zijn bevindingen medio oktober zal presenteren op de najaarsbijeenkomst van de American Physical Society. "Daarom, onze berekeningen moeten wat nauwkeuriger worden. Maar als onze resultaten worden bevestigd, het zou zeker een van de belangrijkste bevindingen in de deeltjesfysica van de afgelopen jaren zijn."