Hoe zit het nou precies met dat mogelijke nieuwe deeltje in de LHC? KIJK vroeg het aan de bij het betreffende experiment betrokken deeltjesfysicus Marcel Merk.
Vorige week vrijdag konden we melden dat het LHC-experiment LHCb misschien tekenen had gezien van een nieuw deeltje: het Z’-boson. Maar om wat voor deeltje gaat het precies? En wat moet er nu gebeuren om zeker te weten dat het bestaat? KIJK sprak met deeltjesfysicus Marcel Merk, Nikhef-programmaleider voor LHCb, over deze mogelijke ontdekking.
Allereerst: de LHC staat uit sinds begin 2013. Hoe kunnen jullie dan nu met nieuwe informatie op basis van LHC-gegevens komen?
“Het gaat hier om complexe analyses die eerst helemaal moesten worden doorgetest om mogelijke fouten te voorkomen. We hebben zelf ook pas een paar weken geleden het resultaat gezien! Er zijn trouwens nog wel meer analyses onderweg, gebaseerd op data uit de eerste periode dat de LHC draaide.”
Een van de verklaringen voor wat jullie hebben gezien, is het bestaan van een nieuw deeltje: Z’. Wat voor deeltje is dat?
“Z’ is een standaardnaam voor een deeltje dat volgt uit allerlei theorieën die voorbij het standaardmodel van de deeltjesfysica gaan. De naam duidt op een krachtdeeltje dat vergelijkbaar is met het zogenoemde Z-deeltje (ontdekt in 1983 op CERN – red.). De apostrof wordt vaak gebruikt voor een zwaar kopie van een deeltje. Dus Z’ betekent: lijkt op een Z, maar dan veel zwaarder.”
Het ‘gewone’ Z-deeltje hoort bij de zogenoemde zwakke kracht, die radioactief verval veroorzaakt. Zou dat Z’-deeltje dan bij een andere, nog nooit waargenomen kracht horen? Wat voor kracht zou dat dan moeten zijn?
“Op dit moment is daar vanuit de meetgegevens nog niets over te zeggen. Maar waar je aan kunt denken: de radioactieve kracht die bij het gewone Z-deeltje hoort, werkt alleen op ‘linkshandige’ deeltjes. Waarom de natuur zich zo gedraagt, is nu een mysterie. Bij het Z’-deeltje zou weleens een kracht kunnen horen die alleen op rechtshandige deeltjes werkt. Daarmee zou dan een deel van dit vreemde links-rechts-verschil in de natuur worden rechtgezet. Maar er zijn ook andere theorieën die het bestaan van een Z’-deeltjes beschrijven. Denk bijvoorbeeld aan modellen met extra dimensies of modellen gebaseerd op de snaartheorie.”
Links een linkshandig deeltje, rechts een rechtshandig exemplaar. Om de een of andere reden werkt de zwakke kracht alleen op linkshandige deeltjes.
Een andere mogelijke verklaring die we voorbij zagen komen, was een deeltje genaamd een leptoquark. Wat houdt dat in?
“Leptoquarks zijn deeltjes die ter sprake komen in zogenoemde Grand Unified Theories; theorieën die alle krachten in het standaardmodel proberen te verenigen. In deze theorieën worden quarks en leptonen aan elkaar gekoppeld; vandaar leptoquarks. (Quarks zijn de bestanddelen van deeltjes zoals protonen en neutronen; leptonen deeltjes zoals elektronen en neutrino’s – red.) Maar dit is allemaal verdere speculatie. Eerst moet het duidelijk worden dat we hier echt een afwijking van het standaardmodel hebben, voor we verder kunnen zeggen waar die precies vandaan komt.”
Wat denk je zelf dat de meest aannemelijke verklaring is voor de afwijking die jullie hebben gemeten?
“We hopen dat het een gevolg van iets nieuws is. Maar er kan ook iets anders aan de hand zijn. Zo zou het een statistische afwijking in de data kunnen zijn. Daarnaast is het zo dat de precisie van de erg complexe berekeningen die hiermee samenhangen nog ter discussie staat. Nieuwe meetgegevens kunnen dit ophelderen. Als wetenschapper ben ik van nature razend benieuwd, maar ik kies nog geen kant.”
Binnenkort gaat de LHC weer aan. Op welke manier kan ons dat meer vertellen over de gemeten afwijking?
“Op basis van de gegevens die we tijdens de komende run gaan verzamelen met LHCb, komen we met een uitspraak: het effect dat we gemeten hebben, wordt sterker of verdwijnt. Voor de LHC-experimenten ATLAS en CMS betekent de hogere energie waarmee deeltjes in de versneller op elkaar gaan botsen dat ze kunnen kijken of er daadwerkelijk nieuwe deeltjes worden geproduceerd. Stel dat het hier een Z’ zou betreffen, dan hangt dat af van de massa van dit deeltje of het gemaakt kan worden in de LHC. Een deel van de massa’s die het Z’-deeltje zou kunnen hebben, wordt bestreken door de komende LHC run. Kortom: de nieuwe run is echt superspannend voor ons. Hier en daar lijken wat barstjes te komen in het standaardmodel. We zijn benieuwd!”