De data zijn niet te verklaren met onze huidige natuurwetten.

Op de Frans-Zwiterse grens bevindt zich – onder de grond – een enorme deeltjesversneller: de Large Hadron Collider (kortweg LHC). Hier worden subatomaire deeltjes met bijna de snelheid van het licht versneld en daarna met elkaar in botsing gebracht. Deze botsingen resulteren in het ontstaan van tal van nieuwe deeltjes en worden door natuurkundigen gebruikt om uit te zoeken welke deeltjes er allemaal zijn en welke eigenschappen ze hebben.

Standaardmodel
De bevindingen kunnen vervolgens gebruikt worden om het Standaardmodel te toetsen. Dit is een theorie uit de deeltjesfysica waarin de krachten en deeltjes die alle materie vormen, beschreven staan. Het Standaardmodel wordt gezien als de tot op heden beste theorie die de deeltjesfysica rijk is. Maar er is één probleem: het universum kent een paar mysteries die we ook gewapend met het Standaardmodel niet doorgronden kunnen. Zo kan het Standaarmodel ons bijvoorbeeld niet vertellen waar donkere materie uit bestaat. Die mysteries suggereren dan ook dat ons Standaardmodel niet klopt of – in het gunstigste geval – incompleet is. En dus tarten onderzoekers dit model heel graag, bijvoorbeeld door subatomaire deeltjes met ongekende snelheden op elkaar te laten klappen. Maar in de afgelopen decennia heeft het Standaardmodel – dat in de jaren zeventig van de vorige eeuw het levenslicht zag – manhaftig stand weten te houden.


Geen wonder dat de opwinding onder natuurkundigen bijzonder groot is nu er eindelijk met behulp van de Large Hadron Collider een glimp van nieuwe – oftewel niet door het Standaardmodel te verklaren – fysica lijkt te zijn opgevangen. “We trilden gewoon toen we de resultaten zagen,” aldus onderzoeker Mitesh Patel. “Zo opgewonden waren we. Onze harten sloegen echt ietsje sneller.”

Beauty quarks
De opwindende observaties waar Patel over spreekt, zijn gedaan tijdens het zogenoemde LHCb-experiment, waarbij specifiek onderzoek wordt gedaan naar zogenoemde beauty quarks (een quark is een subatomair deeltje). Het Standaardmodel voorspelt dat deze beauty quarks net zo vaak vervallen naar elektronen als naar muonen (volgens het Standaardmodel eigenlijk niets anders dan een zwaardere versie van elektronen). Maar wetenschappers hebben nu aanwijzingen gevonden dat beauty quarks vaker vervallen naar elektronen. Het is niet alleen in strijd met het Standaardmodel, maar wijst er tevens op dat er nog niet eerder waargenomen deeltjes in het spel zijn die ervoor zorgen dat de beauty quarks vaker vervallen naar elektronen. “Het resultaat hint op intrigerende wijze op een nieuw fundamenteel deeltje of fundamentele kracht die op een heel andere manier dan de ons tot op heden bekende deeltjes de interactie aangaat,” aldus onderzoeker Daniel Moise. En ervoor zorgt dat beauty quarks vaker vervallen naar elektronen.

Niet te vroeg juichen
Het is overigens nog wel te vroeg om met zekerheid te stellen dat het Standaardmodel wankelt en een nieuwe fysica binnen handbereik ligt. In de deeltjesfysica is van een ontdekking pas sprake bij een afwijking voorbij ‘5 sigma’. Dat betekent dat er slechts een kans van 1 op 3,5 miljoen is dat de observaties toevallig zijn en niet op nieuwe fysica hinten. De data die onderzoekers nu gepresenteerd hebben, voldoet nog niet aan de eis; er is sprake van een afwijking van 3 sigma. Dat betekent dat er een kans van 1 op 1000 is dat de observaties toeval zijn. “Hoewel we nog moeten wachten op bevestiging van deze resultaten, hoop ik dat we op een dag terugkijken naar dit moment en het als een keerpunt zullen zien,” aldus onderzoeker Michael McCann. “Een moment waarop we zijn begonnen om enkele fundamentele vragen (zoals over de samenstelling van donkere materie, red.) te beantwoorden.”


Het is nu zaak om de metingen met de Large Hadron Collider te herhalen en meer bewijs te vinden dat hier krachten spelen die in het Standaardmodel buiten beschouwing blijven. Daarnaast hopen onderzoekers dat ook andere deeltjesversnellers gaan proberen om het experiment te herhalen. Als de metingen bevestigd worden, zou dat een enorme doorbraak zijn. Maar de betrokken natuurkundigen – meer dan 800! – lopen liever niet te veel op de zaken vooruit. “Het is nog te vroeg om te stellen dat dit echt een afwijking van het Standaardmodel is,” benadrukt Patel. Maar tegelijkertijd is het hoorbaar lastig voor Patel en collega’s om het hoofd in afwachting van meer data koel te houden. “De mogelijke implicaties zijn zo groot dat dit wel het meest opwindende is wat ik in de 20 jaar dat ik hier onderzoek naar doe, heb meegemaakt.”