Een mogelijk nieuw deeltje dat vorig jaar zou zijn gespot, kan horen bij een geheel nieuwe natuurkracht.

Voor zover we weten, wordt ons heelal bestierd door vier natuurkrachten. Maar misschien wordt dat beeld binnenkort overhoop gegooid. Hongaarse wetenschappers claimen namelijk sporen van een nieuw deeltje te hebben gezien. En dat deeltje zou op zijn beurt kunnen wijzen op een vijfde, nooit eerder waargenomen kracht, zo stellen Amerikaanse onderzoekers nu.

Nieuw deeltje, nieuwe kracht?

De vier krachten die we kennen, zijn de zwaartekracht, de elektromagnetische kracht (die werkt tussen deeltjes met elektrische ladingen), de sterke kracht (die atoomkernen bij elkaar houdt) en de zwakke kracht (die zorgt voor radioactief verval). Omdat er geen goede reden is om aan te nemen dat er precies vier krachten zijn, wordt er geregeld gespeculeerd over een vijfde, lastiger waar te nemen kracht – maar echt steekhoudend bewijs voor zo’n kracht is tot nu toe niet gevonden.

Atilla Krasznahorkay en collega’s van het Hongaarse instituut voor kernonderzoek ATOMKI in Debrecen hebben onlangs mogelijk wél zulk bewijs gevonden. Zij vuurden bundels protonen af op doelwitten van lithium, waarbij het element beryllium ontstond. Die berylliumdeeltjes vervielen vervolgens tot elektronen en hun anti-deeltjes.

Normaal gesproken zouden er steeds minder koppels elektronen en anti-elektronen moeten ontstaan naarmate de hoek tussen elektron en anti-elektron groter wordt – maar dat bleek niet het geval. Bij een hoek van 140 graden namen de Hongaren een overschot aan elektron-anti-elektron-paren waar. En dat zou, zo schreven ze vorig jaar, weleens kunnen wijzen op een nieuw deeltje.

Nu is een nieuw deeltje natuurlijk sowieso interessant, maar in dit geval zou het ook nog eens een deeltje kunnen zijn dat hoort bij een volledig nieuwe kracht. Krachten worden namelijk overgebracht door deeltjes: de elektromagnetische kracht door fotonen, de sterke kracht door gluonen, de zwakke kracht door W- en Z-bosonen en de zwaartekracht, zo wordt gedacht, door gravitonen. Op dezelfde manier zou het Hongaarse deeltje een vijfde, nog nooit waargenomen kracht overbrengen, zo stelt een Amerikaans team onder leiding van Jonathan Feng nu in een nieuw, nog niet officieel gepubliceerd artikel.

Klein bereik

In het artikel van Feng en zijn team worden de claims van de Hongaren onder de loep genomen. De conclusie: wat ze meten, is niet in strijd met eerdere waarnemingen. Sterker nog: het nieuwe deeltje zou, als het bestaat, in één moeite een openstaand probleem in de natuurkunde kunnen oplossen.

Het nieuwe deeltje zou overigens behoorlijk licht moeten zijn. Met een massa van 17 mega-elektronvolt weegt het slechts 34 keer zoveel als het elektron en bijna duizend keer zo weinig als het proton. Verder zou het zich om de een of andere reden weinig van protonen aan moeten trekken; het wordt dan ook ‘protofobisch’ genoemd in het Amerikaanse artikel.

De kracht die dit deeltje overbrengt, zou maar een klein bereik moeten hebben: slechts 12 miljardste van een millimeter. In dat opzicht lijkt deze nieuwe kracht veel meer op de sterke en de zwakke kracht dan op de zwaartekracht en de elektromagnetische kracht. De sterke en de zwakke kracht hebben immers ook een beperkt bereik, terwijl de zwaartekracht en de elektromagnetische kracht in principe een oneindige reikwijdte hebben (maar wel steeds zwakker worden op grotere afstand).

Natuurkundeboeken herschreven?

Wel is het belangrijk om je te realiseren dat er op dit moment maar één experiment is dat het nieuwe deeltje denkt te hebben gemeten. Het is dus belangrijk niet te hard van stapel te lopen. Het kan nog net zoiets worden als die neutrino’s die sneller dan het licht leken te gaan.

Maar, zo schrijven Feng en collega’s: er zijn wel “tal van mogelijkheden om deze uitleg van het experiment te testen; door oude data opnieuw te analyseren, of door tests te doen met lopende en geplande experimenten”. Inmiddels hebben diverse experimenten in de VS en Europa, waaronder het LHC-experiment LHCb, toegezegd op zoek te gaan naar tekenen van het nieuwe deeltje. En wie weet moeten dan over een tijdje inderdaad de natuurkundeboeken worden herschreven.

Bronnen: Physical Review Letters, ArXiv.org, Nature News, ScienceAlert

Beeld: MTA-ATOMKI