Heeft CERN wederom een nieuw deeltje ontdekt?

Afgelopen dinsdag kwamen natuurkundigen van CERN met het nieuws dat zij mogelijk een nieuw deeltje hebben ontdekt. Zeer waarschijnlijk gaat het hier om een zware versie van het higgsboson. Zowel ATLAS als CMS, twee verschillende deeltjesdetectoren van de Large Hadron Collider, hebben onverwachte energiepieken waargenomen na een protonenbotsing op hoge snelheid.

Het magische getal is 750 giga-elektronvolt (GeV). Dat is de energie die is gemeten in de regen van subatomaire brokstukken die het product waren van de frontale botsing tussen twee protonen. De deeltjes die hierin voorkomen bestaan meestal heel erg kort, maar hun bestaan kan wel bewezen worden door te kijken naar de energiepieken.

Als dit resultaat bevestigd kan worden met verdere metingen, dan zou het wijzen op een nieuw deeltje van rond de 1.500 GeV dat vrijwel direct uiteenvalt in twee fotonen van 750 GeV per stuk.

Die extra metingen zijn absoluut nodig voordat er conclusies kunnen worden getrokken. De bewuste energiepiek is gemeten met een significantie van 3,6 standaardafwijkingen (sigma) door ALTAS en met 2,6 door CMS. Binnen de deeltjesfysica is niemand daarvan onder de indruk. Er wordt vaak pas gesproken van ondekking van een nieuw deeltje wanneer de significantie 5 sigma of meer is. Dit komt overeen met een kans van 0,00003 procent dat de resultaten bij toeval zijn gemeten. Een resultaat met een sigma van 3 wordt wel gezien als een bewijs in de richting van de ontdekking van een nieuw deeltje, maar het is nog te mager om de champagneflessen voor open te trekken.

(Even een klein puntje tussendoor: De kans dat een bepaalde meting stomtoevallig wordt gedaan is altijd aanwezig, zelfs als die kans verwaarloosbaar klein is.)

In het specifiek heeft het CMS-team 10 keer een piek van 750 GeV gemeten, terwijl het team van ATLAS er 40 zag. Zoals Nature News schrijft, zouden deze metingen compleet onbeduidend als ze niet tegelijkertijd in verschillende metingen te zien waren. "Het is wel een klein beetje interessant," zegt Dave Charlton, de woordvoerder van ALTAS, tegen Nature. "Maar het kan ook stom toeval zijn."

De Franse natuurkundige Adam Falkowski, die enkele dagen geleden op Twitter al wat hints gaf over deze resultaten, geeft een goede analyse op zijn eigen blog. Onder andere maakt hij een vergelijking met de energiepieken die drie jaar geleden het higgsboson bewezen. Toen, anders dan nu, waren bijna alle natuurkundigen het eens over hoe ze het fotonenpaar van 125 GeV moesten interpreteren. Namelijk als bewijs voor het higgsboson. Een fotonenpaar van 1.500 GeV kan daarentegen veel verschillende dingen zijn, waaronder een van de andere theoretische higgsdeeltjes. Deze onzekerheid maakt het des te spannender.

"Waarschijnlijk is het deeltje maar een klein deel van een groter geheel, dat waarschijnlijk te maken heeft met een breuk van de elektrozwakke symmetrie en het hiërarchieprobleem van het Standaardmodel," aldus Falkowski. "Als dit resultaat waar blijkt te zijn, dan kan het zomaar eens het begin zijn van een nieuwe gouden eeuw binnen de deeltjesfysica."

Waarschijnlijk gaan we hier meer over horen wanneer volgend jaar nieuwe meetresultaten van de LHC bekend worden gemaakt.