Als ze het bij het juiste eind hebben, krijgen ze ongetwijfeld de Nobelprijs toegeschoven. Maar natuurkundigen zijn sceptisch.

Al decennialang weten we niet beter dan dat er vier fundamentele natuurkrachten zijn, te weten: de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht, de sterke kernkracht en de zwaartekracht. De natuurkunde schudt dan ook op haar grondvesten als onderzoekers van de universiteit in Californië in 2016 een paper publiceren waarin ze aankondigen een vijfde fundamentele natuurkracht op het spoor te zijn. Hun paper borduurt voort op een onderzoek van Hongaarse wetenschappers dat meer dan een jaar eerder is gepubliceerd, maar nauwelijks aandacht heeft gekregen. In hun paper maken de Hongaren bekend vermoedelijk een nieuw deeltje te hebben ontdekt, waarvan in dat stadium onduidelijk was of het een materiedeeltje was of een deeltje dat een natuurkracht droeg. Vervolgonderzoek aan de universiteit van Californië wees er een jaar later echter sterk op dat de Hongaren een deeltje hadden gezien dat weleens een ons tot op dat moment onbekende vijfde natuurkracht kon dragen. Na die geruchtmakende analyse bleef het even stil. Tot vorige maand. De Hongaarse onderzoeksgroep die eerder de voorzet gaf voor het door de Amerikanen geuite vermoeden dat er een vijfde natuurkracht in het spel is, publiceert opnieuw een paper, waarin het bestaan van het in 2015 waargenomen deeltje – en dus ook de vermeende vijfde natuurkracht – wordt onderschreven. Zou het dan echt..?

Terug naar 2015
Om te begrijpen wat de Hongaren precies hebben gezien en waarom sommige natuurkundigen daar zo opgewonden van raken, moeten we terug naar 2015. Het jaar waarin de Hongaren voor het eerst melding maken van de ontdekking van een deeltje dat bij nader inzien wel eens drager kan zijn van een vijfde natuurkracht. “De Hongaarse wetenschappers hebben een klein experiment uitgevoerd, waarin ze ‘aangeslagen’ berylliumkernen maken door protonen op een lithiumkern te schieten,” legt Niels Tuning, als natuurkundige verbonden aan het Nationaal instituut voor subatomaire fysica in Nederland (Nikhef), uit. “Na korte tijd valt de aangeslagen berylliumkern terug naar de grondtoestand en zendt daarbij een foton (lichtdeeltje) uit. Zo’n foton kan splitsen in een e- (elektron) en een e+ (positron). De Hongaren hebben deze e+e-paren geanalyseerd en er blijken meer e+e-paren te zijn met een grote openingshoek, dan verwacht. Dit kan duiden op de creatie van een deeltje, dat na verval ook e+e-paren met een grote openingshoek creëert. Zo ontdekken we normaal nieuwe deeltjes: als een ‘piekje’ in een verdeling (normaal is dat de verdeling van de zogenoemde ‘invariante massa’ van een deeltjespaar, maar in dit paper kijken ze naar de verdeling van de openingshoek, wat er sterk aan gerelateerd is.)” Zoals gezegd ligt het in eerste instantie door ander nieuws overschaduwde paper van de Hongaren in een kast te verstoffen, tot Amerikaanse onderzoekers de resultaten een jaar later opnieuw interpreteren. “Zij kwamen tot de conclusie dat het (nieuwe deeltje dat de Hongaren hadden gezien, red.) een spin-1 deeltje kan zijn. Fotonen, W + Z deeltjes en gluonen zijn ook spin-1 deeltjes, en zijn de deeltjes die respectievelijk verantwoordelijk zijn voor de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht en de sterke kernkracht. Spin-1 deeltjes zijn typisch de deeltjes die uitgewisseld worden en zo verantwoordelijk zijn voor een fundamentele natuurkracht.” En in het geval van het deeltje dat de Hongaren hadden gezien, zou het volgens de Amerikanen dus zomaar kunnen gaan om een drager van een ‘nieuwe’ fundamentele natuurkracht.


Terwijl de Amerikanen met de resultaten van de Hongaren stoeiden, zaten de Hongaren zelf ook niet stil. Vorige maand kwamen ze met een nieuw paper op de proppen, dat de resultaten uit hun eerste lijkt te verifiëren. “In het eerste paper hebben ze gemeten aan 8Be (beryllium)kernen en hebben ze een ‘piekje’ gezien dat overeenkomt met een deeltje met een massa van 17 MeV, ongeveer 33 keer zwaarder dan een elektron, maar nog steeds erg licht vergeleken met andere deeltjes die we kennen,” vertelt Tuning. “In het nieuwe paper hebben ze gemeten aan een andere kern, namelijk 4He (helium) en meten ze weer een ‘piekje’ bij 17 MeV. Dit komt dus goed overeen en is best opmerkelijk. Omdat de energie van de e+ en e- ietsje anders zijn, komt dit overeen met een iets andere openingshoek (115 graden in plaats van 140 graden).

Wereldschokkend
Waar de Hongaren in 2015 op weinig media-aandacht konden rekenen, staat hun nieuwe paper absoluut in de schijnwerpers. Want zouden ze dan werkelijk iets fundamenteel nieuws op het spoor zijn? Als vervolgexperimenten uitwijzen dat de Hongaren het bij het juiste eind hebben, is het wereldnieuws. “Het zou wereldschokkend zijn als er meer krachten zijn dan de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht, de sterke kernkracht en de zwaartekracht,” stelt Tuning. “Het zou zonder twijfel een Nobelprijs opleveren en veel onderzoeken een nieuwe richting opsturen, zowel in de deeltjesfysica bij versneller als in de astrodeeltjesfysica, als ook in de kosmologie.” Zo zou de ontdekking van een vijfde natuurkracht bijvoorbeeld enorme implicaties kunnen hebben voor het doorgronden van één van de grootste mysteries in de astronomie: donkere materie. “Om donkere materie te verklaren, zijn deeltjes nodig die massa hebben (en die dus extra zwaartekracht genereren), maar ze moeten niet te veel interacties aangaan met gewone deeltjes, om de bestaande observaties te verklaren. Dit nieuwe X17-deeltje (zoals de Hongaren het in hun laatste paper noemen, red.) zou dat misschien kunnen doen.”

Sceptisch
Nogmaals: áls de Hongaren natuurlijk echt iets op het spoor zijn. Tuning is namelijk sceptisch. “Ik acht de kans heel klein, eerlijk gezegd. Andere experimenten – bijvoorbeeld bij CERN, een Europese organisatie die fundamenteel onderzoek doet naar elementaire deeltjes – hebben niks gezien. En dat is opmerkelijk.” Dat de Hongaren wel iets zien en CERN niet, zou eigenlijk alleen te verklaren zijn als het nieuwe deeltje dat zij gecreëerd hebben (en in hun nieuwe paper X17 dopen) protofobic is. “Dat betekent dat dit nieuwe Hongaarse deeltje zich meer aan neutronen en niet aan protonen zou koppelen,” stelt Tuning. “Maar dat is een redelijk obscure eis.” Tuning is echter om nog meer redenen sceptisch. “Het is een kleine, relatief onbekende groep onderzoekers en het schijnt dat ze al eerder piekjes hebben gevonden (op andere plekken) die later weer verdwenen, zonder dat ze daar een goede verklaring voor hebben gegeven.”


Voor nu kunnen we weinig anders doen dan rustig afwachten, terwijl wetenschappers de jacht op deze vermeende vijfde natuurkracht voortzetten. Mocht blijken dat de Hongaren ernaast zitten, is het zeker niet bewezen dat er ook daadwerkelijk ‘maar’ vier fundamentele natuurkrachten zijn. “Het is zeker denkbaar dat er nog meer onbekende natuurkrachten op ontdekking wachten,” stelt Tuning. “En daar hopen we ook op. Ik werk zelf aan het LHCb-experiment (dat plaatsvindt in Large Hadron Collider, een deeltjesversneller van CERN, red.) en er zijn een aantal gekke metingen (de zogenaamde ‘flavour anomalies‘ die – mits bevestigd in de komende twee tot drie jaar – een verklaring behoeven. Nieuwe deeltjes – zoals de zogenoemde spin-1 ijkbosonen, die bij een nieuwe kracht horen – behoren zeker tot de mogelijkheden.” Dat er vroeg of laat een wereldschokkende primeur komt, lijkt dan ook wel bijna vast te staan. Of de Hongaren ‘m daadwerkelijk op het spoor zijn, is minder zeker. “Ik ben zeer sceptisch, maar hoop altijd op een ontdekking.”