De Amerikaanse deeltjesversneller Tevatron wordt over een halfjaar afgedankt. Heeft hij op de valreep nog een nieuw deeltje ontdekt?
Het is de oudere, minder krachtige Amerikaanse broer van de Europese LHC: Fermilabs Tevatron. Zoals het er nu naar uitziet, wordt deze machine, die net als de LHC protonen met enorme snelheden op elkaar laat botsen, rond september definitief uitgezet. Maar misschien gaat hij ‘out with a bang’ (figuurlijk dan), want natuurkundigen zijn dankzij de versneller mogelijk een geheel nieuw deeltje op het spoor gekomen.
Die ontdekking verliep als volgt. Onderzoekers betrokken bij de Tevatrondetector CDF zochten naar botsingen van protonen waarbij naast een zogenoemd W-boson twee jets van lichte deeltjes (waaronder elektronen en pionen) ontstonden. Verwacht werd dat hoe zwaarder die jets waren, hoe minder vaak ze voor zouden komen, maar tussen energieën van 120 en 160 gigaelektronvolt zat een onverwachte ‘bobbel’ in deze grafiek. Het idee is nu dat die bobbel wordt veroorzaakt door het verval van een nieuw deeltje met een massa van ongeveer 144 gigaelektronvolt.*
Volgende vraag is wat voor deeltje dit dan zou moeten zijn. In eerste instantie lijkt het befaamde Higgsboson een optie; het nog niet ontdekte deeltje dat ervoor zou moeten zorgen dat andere deeltjes een massa kunnen hebben. Dit zou namelijk tussen 114 en 158 gigaelektronvolt kunnen wegen. Maar helaas voor de Amerikanen (die ‘het Higgs’ maar wat graag zouden ontdekken voor de LHC dat doet) past het waargenomen verval via twee jets niet bij dit deeltje. “Voor Higgsdeeltjes verwacht je dat ze voornamelijk naar een bottomquark en een antibottomquark vervallen”, zegt deeltjesfysicus Marcel Merk van Nikhef.
Wat wel zou kunnen, is dat het deeltje hoort bij een nieuwe kracht. Momenteel kennen we vier krachten: de zwaartekracht, de elektromagnetische kracht, de sterke kernkracht en de zwakke kernkracht. Wie weet brengt de ontdekking van Fermilab een vijfde kracht in beeld, die alleen zou werken op extreem korte afstanden. Maar: dat is allemaal erg speculatief, stelt Merk.
Sowieso zijn waarschuwende woorden op zijn plaats. Het gaat hier namelijk om een zogenoemd 3-sigma-resultaat. Dat wil zeggen dat de kans op vals alarm een fractie van een procent is, wat heel aardig klinkt, maar binnen de deeltjesfysica toch geldt als ‘niet goed genoeg’. Om een echte ontdekking te kunnen claimen, is een nog veel betrouwbaarder 5-sigma-resultaat nodig. En totdat ofwel de Tevatron, ofwel de LHC daarmee komt, houdt iedereen, inclusief de ontdekkers, een flinke slag om de arm.
* In de deeltjesfysica is het gebruikelijk om deeltjesmassa’s in elektronvolts uit te drukken. Het positief geladen proton, waarvan elke atoomkern er minstens één bevat, ‘weegt’ bijvoorbeeld ongeveer 1 gigaelektronvolt.
Bronnen: New York Times, ArXiv.org