Een botsing in de Compact Muon Solenoid (CMS)-detector van de LHC produceert een Higgs-bosonhandtekening.

In de wereld van de natuurkunde laat niets het bloed zo stromen als de gedachte dat er een nieuw deeltje is ontdekt. Al tientallen jaren zoeken natuurkundigen naar bewijs dat de moderne natuurkunde niet klopt. Maar het rokende pistool is ongrijpbaar gebleven. In november is men begonnen met het polijsten van een Nobelprijs voor een groep natuurkundigen die een nieuw boson leek te hebben gevonden. En een nieuw deeltje betekent een nieuwe kracht, wat nog spannender is. Rookt dat pistool al?

Dit resultaat kookt al geruime tijd. De eerste experimentele resultaten dateren van 2015, met publicatie in 2016. In wezen namen de wetenschappers wat lithium en schoten er protonen op af. Door de energie van de protonen correct te kiezen, wordt beryllium in een bepaalde aangeslagen toestand geproduceerd, dat snel terugvalt naar zijn grondtoestand door een elektron en een positron uit te zenden. In deze experimenten moeten energie en momentum behouden blijven. De lithiumkern is best een ingewikkeld beest en kan op allerlei manieren rondscharrelen, wat betekent dat het elektron en positron een zekere mate van vrijheid hebben in de richting waarin ze worden uitgezonden.

De onderzoekers merkten daarentegen op dat sommige elektronen en positronen gecorreleerd lijken te zijn in hun emissierichting. Computermodellering bevestigde dat dit niet te wijten was aan hun apparatuur en niet kon worden verklaard door de kernfysica van beryllium, lithium of enig bekend achtergrondproces. De correlatie zou echter kunnen worden verklaard door een nieuw boson dat verviel door een positron en een elektron uit te zenden. Zolang de productie redelijk inefficiënt was en de massa ongeveer 17 MeV (miljoen elektronvolt) was, waren de gegevens mooi uitgelegd.

Het papier liet de sappen echt stromen. Theoretici sprongen zo snel op het resultaat dat ze per ongeluk de speciale relativiteitstheorie braken. Experimentele natuurkundigen gingen terug door oude gegevens op zoek naar bevestiging. Operationele experimenten werden aangepast om naar het nieuwe deeltje te zoeken.

Experimenteel leek het allemaal een wassen neus. Oude gegevens brachten niets aan het licht, maar tegelijkertijd waren die experimenten precies opgezet om naar het juiste deeltje te zoeken. Nieuwe experimenten waren nog te vers om overtuigend te zijn (zelfs als ze begonnen waren met het verzamelen van gegevens).

De theoretische situatie is nog meer een puinhoop. Het is altijd mogelijk om onze modellen van het heelal uit te breiden met nieuwe deeltjes, inclusief nieuwe bosonen en nieuwe krachten. Maar het is niet goed genoeg om een ​​enkel experimenteel resultaat te evenaren. Je moet ze allemaal matchen. Het eindresultaat zijn deeltjes die een beetje lijken op een klusje in de achtertuin. Ja, de verf komt overeen, maar je kunt nog steeds de golvende plekken zien waar de plamuur plat is geschuurd. De problemen komen voort uit het feit dat de massa-17MeV zich aan de onderkant van goed verkend terrein bevindt.

Dus waarom laaide dit verhaal weer op? Een nieuw artikel van dezelfde wetenschappers die de berylliumresultaten publiceerden. Deze keer maten ze elektronen-positronemissies van geëxciteerd helium. Hetzelfde experiment, ander atoom, maar hetzelfde 17 MeV-boson werd gevonden.

Het nieuwe resultaat is behoorlijk sterk bewijs. Als het experiment een soort systematische fout bevat, zouden we verwachten dat het “nieuwe” deeltje van massa zou veranderen tussen helium en beryllium. Het doet echter niet; de resultaten zijn zeer consistent tussen experimenten. Dat betekent dat als het een fout is, het helaas een toevalstreffer is.

Ik denk dat meer wetenschappers blijer zouden zijn om het resultaat te accepteren als het aan hun verwachtingen voldoet. Een axion met een massa zo klein als een paar MeV? Natuurlijk. Een gigantische WIMP met een massa van veel GeV? OK. Maar een boson dat lichter is dan een proton en een soort middenweg? Waarom hebben we dat eerder gezien?

Er kan ook, denk ik, een zekere mate van onbewust snobisme op de achtergrond zijn. De experimentele resultaten zijn afkomstig uit een van de grote laboratoria. En nu gaan de grote laboratoria geplande experimenten uitstellen om te zien of een resultaat waarvoor ze de eer krijgen, stand houdt. Als ze het boson vinden, dan hebben ze lof voor iemand anders. Maar als dat pistool niet rookt, zal er een lange en pijnlijke zoektocht zijn naar wat het oorspronkelijke experiment anders maakt dan de rest.

ArXiv.org, 2019, ID: 1910.10459

By Admin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *