|
|
|
https://www.newscientist.nl/nieuws/sporen-van-donker-boson-gezien-bij-element-ytterbium/ |
|
Sporen van donker boson gezien
bij element ytterbium? |
|
Metingen aan het zware element
ytterbium kunnen wijzen op het bestaan van een ‘donkere kracht’, die vooral
wordt gevoeld door de deeltjes waarvan donkere materie is gemaakt. |
|
85 procent van de massa in ons
heelal bestaat uit donkere materie, zo lijkt het. Maar de zoektocht naar
de deeltjes waar die materie uit zou bestaan, heeft tot nu toe niets
opgeleverd. Nu denkt een team van Amerikaanse, Australische en Koreaanse natuurkundigen
echter tekenen te hebben gezien van een deeltje dat donkere-materie-deeltjes
met elkaar laat ‘praten’: een donker boson. |
|
Parallelle werelden |
|
In de regel zijn bosonen
verantwoordelijk voor het overdragen van krachten tussen andere deeltjes.
Twee deeltjes met een lading trekken elkaar aan of stoten elkaar af, zo eist
bijvoorbeeld de elektromagnetische kracht. Daarbij wisselen deze deeltjes dan
een boson uit dat wij kennen als het deeltje waar licht uit bestaat:
het foton. |
|
Als donkere materie uit nog
niet ontdekte deeltjes bestaat, kunnen er tussen die deeltjes nog onbekende
krachten werken – ‘donkere krachten’. Bij zo’n donkere kracht zouden dan ook
donkere bosonen moeten horen. Zo zouden er als het ware twee parallelle werelden
zijn: gewone deeltjes die gewone krachten ervaren door gewone bosonen uit te
wisselen, en donkere-materie-deeltjes die donkere krachten ervaren door
donkere bosonen uit te wisselen. |
|
Het kán echter zo zijn dat die
twee werelden niet volledig gescheiden zijn. Dat zo’n donker boson ook een
klein beetje invloed uitoefent op gewone deeltjes. Daar zou je dan sporen van
moeten zien als je in het lab heel precies naar bepaalde atomen kijkt. |
|
Extra interactie |
|
Natuurkundige Vladan
Vuletic van het Massachusetts Institute of Technology in de VS en
collega’s besloten de proef op de som te nemen. Ze richtten zich daarbij op
ytterbium, een zwaar element dat onder meer wordt gebruikt bij de productie
van roestvrij staal en in atoomklokken. |
|
Van belang bij dit onderzoek
is dat zo’n ytterbiumatoom – net als alle andere atomen – bestaat uit een
positief geladen kern, omgeven door negatief geladen elektronen. ‘Zo’n
elektron kan zich op verschillende afstanden van de kern bevinden’, legt
Vuletic uit, ‘en dus verschillende energieën hebben.
De quantummechanica dicteert dat die energieën alleen bepaalde
waardes kunnen hebben.’ |
|
Waar deze zogenoemde
energieniveaus precies liggen, wordt met name gedicteerd door de
elektromagnetische kracht, vervolgt Vuletic. Deze kracht zorgt namelijk voor
de aantrekkende werking tussen de negatief geladen elektronen en de positief
geladen kern. ‘Maar een donker boson zou kunnen leiden tot een extra
interactie tussen de elektronen en, in dit geval, de neutronen in de
atoomkern. En dan verschuiven de energieniveaus een klein beetje.’ |
|
Nieuw boson? |
|
Dat verschil zou je op het
spoor kunnen komen door te kijken naar het licht dat elektronen uitzenden als
ze van energieniveau wisselen. Heeft dat licht precies de golflengte die je
zou verwachten als alleen de bekende krachten er zijn? Of wijkt het daar een
beetje van af, wat kan wijzen op een extra kracht – bijvoorbeeld een
donkere-materie-kracht die een klein beetje ‘doorlekt’ naar de wereld van de
deeltjes waar wij uit bestaan? |
|
Vuletic en collega’s melden nu
in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Physical
Review Letters dat ze inderdaad zo’n afwijking zien. Ze keken naar
ytterbiumatomen met verschillende aantallen neutronen in hun kern – zogenoemde
isotopen – en zagen daarbij een patroon dat niet helemaal klopt met wat je
zou verwachten op basis van de bekende krachten. |
|
‘Dat kan wijzen op natuurkunde
voorbij het standaardmodel van de deeltjesfysica’, schrijven de onderzoekers,
‘bijvoorbeeld in de vorm van een nieuw, krachtoverbrengend boson.’ |
|
Minder gevoelig |
|
Dat nieuwe, ‘donkere’ boson
zou zich dan ook met andere elementen moeten bemoeien, schrijven Vuletic en
collega’s aan het eind van hun artikel. Je zou bijvoorbeeld kunnen kijken
naar strontium, neodymium of calcium, suggereren ze. |
|
Normaal zouden zulke metingen
dan een klusje voor de toekomst zijn – maar in dit geval niet.
Natuurkundige Michael Drewsen van de Deense Universiteit van Aarhus en zijn team
hébben calcium namelijk al bestudeerd – en rapporteren hun bevindingen in dezelfde editie van hetzelfde
wetenschappelijke tijdschrift. Hun conclusie is echter: calcium gedraagt zich
precies zoals je zou verwachten als er géén extra krachten in het spel zijn. |
|
Een pijnlijke tegenspraak, die
er wel op neer zal komen dat ‘team ytterbium’ een foutje heeft gemaakt? Niet
per se, zegt Vuletic. ‘Weliswaar heeft Drewsen een preciezere meting verricht
dan wij, maar calcium is ook minder gevoelig voor een nieuw boson dan
ytterbium.’ Daarom gaat hij er vooralsnog van uit dat beide resultaten
kloppen. |
|
Nog niet zo sterk |
|
Natuurkundige Johan
Messchendorp (Rijksuniversiteit van Groningen), niet betrokken bij beide
experimenten, vindt ook niet dat de resultaten elkaar per se tegenspreken.
Hij benoemt echter vooral dat het resultaat van Vuletic nog niet zo heel sterk
is. Het heeft namelijk een ‘sigma’ van 3, wat wil zeggen dat de kans dat het
resultaat op toeval berust 0,3 procent is. Dat klinkt als een kleine kans,
maar onder deeltjesfysici mag iets pas een ontdekking heten als er sprake is
van een ‘5-sigma-resultaat’, waarbij de kans op toeval 0,00006 procent
bedraagt. |
|
‘Een afwijking van het
standaardmodel van 3 sigma is voor mij in het algemeen niet heel
overtuigend’, zegt Messchendorp. ‘De tijd zal moeten leren wat er van dit
resultaat overblijft als er meer metingen worden gedaan.’ |
|
|
|
|