Als je dacht dat kwantumontdekkingen zouden moeten wachten tot de Large Hadron Collider (LHC) in 2009 weer wordt ingeschakeld, dan heb je het mis. Het lijkt erop dat de Tevatron-deeltjesversneller bij Fermilab in Batavia, Illinois, heeft ontdekt ...
…iets.
Wetenschappers van het Tevatron zijn terughoudend om nieuwe resultaten van de Collider Detector in Fermilab (CDF) te begroeten als een "nieuwe ontdekking" omdat ze eenvoudigweg weet niet wat hun resultaten suggereren. Tijdens botsingen tussen protonen en anti-protonen, controleerde de CDF het verval van bodem-quarks en bodem-anti-quarks tot muonen. CDF-wetenschappers ontdekten echter iets vreemds. Te veel muonen werden gegenereerd door de botsingen en muonen buiten de balkpijp ontstaan…
De Tevatron werd in 1983 geopend en is momenteel de krachtigste deeltjesversneller ter wereld. Het is de enige botser die protonen en anti-protonen kan versnellen tot 1 TeV-energie, maar het zal door de LHC worden overtroffen wanneer het ergens begin volgend jaar eindelijk in werking treedt. Zodra de LHC online gaat, wordt de subatomaire vlam doorgegeven aan de Europese versneller en wordt de Tevatron in 2010 voorbereid voor ontmanteling. Maar voordat deze krachtige faciliteit wordt gesloten, zal hij nog een tijdje doorgaan met het onderzoeken van materie.
In recente protonbotsingsexperimenten begonnen wetenschappers die de CDF gebruikten iets te zien dat ze niet konden verklaren met ons huidige begrip van de moderne fysica.
De deeltjesbotsingen vinden plaats in de 1,5 cm brede "straalpijp" die de relativistische deeltjesbundels collimeert en ze zodanig focust dat de botsing plaatsvindt. Na de botsing wordt de resulterende verstuiving van deeltjes gedetecteerd door de omliggende lagen elektronica. Het CDF-team ontdekte echter dat er te veel muonen werden gegenereerd na de botsing. Bovendien werden er op onverklaarbare wijze muonen gegenereerd buiten de straalpijp zonder sporen gedetecteerd in de binnenste lagen van CDF-detectoren.
CDF-woordvoerder Jacobo Konigsberg benadrukt dat er meer onderzoek moet worden gedaan voordat er een verklaring kan worden gevonden. 'We hebben een alledaagse verklaring hiervoor niet uitgesloten, en dat wil ik heel duidelijk maken," hij zei.
Theoretici zijn echter niet zo terughoudend en zijn erg enthousiast over wat dit zou kunnen betekenen voor het standaardmodel van subatomaire deeltjes. Als de detectie van deze overtollige muonen juist blijkt te zijn, heeft het "onbekende" deeltje een levensduur van 20 picoseconden en kan het 1 cm door de zijkant van de straalpijp reizen en vervolgens in muonen vervallen.
Dan Hooper, een andere Fermilab-wetenschapper, wijst erop dat als dit echt een voorheen onbekend deeltje is, het een enorme ontdekking zou zijn. 'Een centimeter is een lange weg voor de meeste soorten deeltjes om het te maken voordat het vervalt," zegt . 'Het is te vroeg om hier veel over te zeggen. Dat gezegd hebbende, als blijkt dat er een nieuw ‘langlevend’ deeltje bestaat, zou dat een heel groot probleem zijn.”
Neal Weiner van de New York University is het met Hooper eens. 'Als dit klopt, is het gewoon ongelooflijk spannend," hij zegt. 'Het zou een indicatie zijn van de natuurkunde, misschien zelfs nog interessanter dan we van tevoren hadden geraden.”
Deeltjesversnellers hebben een lange geschiedenis van onverwachte resultaten, misschien kan dit een indicator zijn van een deeltje dat eerder over het hoofd is gezien, of, nog interessanter, niet voorspeld. Natuurlijk gaan wetenschappers er snel van uit dat er donkere materie achter zit.
Weiner heeft samen met collega Nima Arkani-Hamed een model opgesteld dat het bestaan van donkere materiedeeltjes in het heelal voorspelt. In hun theorie werken donkere materiedeeltjes onderling samen via krachtdragende deeltjes met een massa van ongeveer 1 GeV. De buiten de balkpijp gegenereerde CDF-muonen zijn berekend om te worden geproduceerd door een "onbekend" rottend ouderdeeltje met een massa van ongeveer 1 GeV.
De vergelijking is opvallend, maar Weiner wijst er snel op dat er meer werk nodig is voordat de CDF-resultaten kunnen worden gekoppeld aan donkere materie. 'We proberen dat uit te zoeken," hij zei. 'Maar ik zou hoe dan ook enthousiast zijn over de CDF-gegevens.”
Misschien hoeven we niet te wachten op de LHC, er kan wat nieuwe fysica worden ontdekt voordat de gloednieuwe CERN-accelerator zelfs is gerepareerd ...
Bron: New Scientist
