Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Vorig jaar werd de natuurkundige wereld opgeschud door het nieuws dat het zogenoemde W-boson zwaarder leek dan de theorie voorspelt. Nu heeft een ander team zijn eigen meting gepubliceerd.
Afgelopen zomer schreven we in KIJK uitgebreid over het W-boson. Of, specifieker: over de meest recente meting van de massa van dit deeltje. Die was toen net gepubliceerd door een team dat aan de slag was gegaan met alle data verzameld door het Amerikaanse experiment CDF. Wat deze meting zo bijzonder maakte: de massa die deze onderzoekers vonden, lag boven de massa die de theorie voorspelt. En dat zou kunnen duiden op – bijvoorbeeld – nieuwe deeltjes.
Alleen: zoals één zwaluw nog geen zomer maakt, zo moet je als natuurkundige ook niet al te hard van stapel lopen als één experiment met een onverwacht resultaat komt. Eerst maar eens afwachten wat andere experimenten over hetzelfde fenomeen te zeggen hebben. Vinden die ook iets geks, dan heb je misschien echt iets nieuws in handen. Doen ze dat niet… Dan zou het zomaar kunnen dat er bij dat ene experiment iets mis is gegaan.
Afgelopen week deden de onderzoekers van ATLAS, het grootste experiment dat deeltjesbotsingen in de versneller LHC bestudeert, een duit in het zakje. Die publiceerden een nieuwe analyse… En die strookt met de eerdere ATLAS-waarde uit 2017, én met de theoretische voorspelling.
Wat is dat W-boson eigenlijk voor een deeltje?
Hoewel het nou niet bepaald het bekendste lid is van het standaardmodel, werd het eind jaren zestig al voorspeld door theoretici, die in 1979 een Nobelprijs voor hun werk kregen. En dat terwijl het W-boson toen nog niet eens was ontdekt. Dat gebeurde pas vier jaar later, met de Super Proton Synchrotron, destijds de grootste deeltjesversneller van het Europese deeltjesinstituut CERN. Ook dat wapenfeit bleek een Nobelprijs waard.
Toch lijkt het W-boson op het eerste gezicht geen grote rol te spelen in het dagelijks leven. Jij, ik en de wereld om ons heen zijn niet ‘van W-bosonen gemaakt’. Wel kan het W-boson, als enige deeltje uit het hele standaardmodel, andere deeltjes van identiteit laten veranderen. Atoomkernen bestaan bijvoorbeeld uit protonen en neutronen. Zonder het W-boson zouden die twee deeltjes altijd zichzelf blijven. Maar mét het W-boson kan een neutron zomaar een proton worden, een proces dat ten grondslag ligt aan radioactiviteit. Of, omgekeerd: een proton kan een neutron worden, zoals gebeurt wanneer onze zon energie opwekt door in zijn binnenste waterstofkernen samen te smelten. Je zou dus zeker kunnen stellen dat wij er zonder het W-boson niet waren geweest.
‘Belangrijk werk’
Wat betekent dat dan voor het CDF-resultaat, dat een stuk hoger ligt? Nog niet zo heel veel. “Het is geen onafhankelijke, nieuwe meting”, zegt natuurkundige Martijn Mulders van CERN, die in de jaren negentig zelf meewerkte aan massabepalingen van het W-boson. Het ATLAS-team keek namelijk naar protonbotsingen in de LHC tot 2011, die ook al gebruikt werden voor de vorige massabepaling van het W-boson. Door die nog eens door te lichten met geavanceerdere methodes en een beter begrip van wat er in het proton gebeurt, kwam het ATLAS-team tot een 15 procent preciezere waarde.
“Het is wel belangrijk werk, en goed om te zien dat de verbeterde methodes een resultaat opleveren dat niet in tegenspraak is met de eerdere ATLAS-meting”, zegt Mulders over het nieuwe resultaat. “Maar mijn eerste indruk is dat dit geen schokkende nieuwe inzichten oplevert.”
Wel blijft het natuurlijk zo dat de CDF-meting – nog steeds de meest precieze tot nu toe – niet strookt met die van ATLAS en andere experimenten. Zoals al te lezen was in KIJK 8/2022, zou hem dat kunnen zitten in de wat verouderde theoretische berekeningen die het CDF-team gebruikte. Mulders haalt die ook nu aan, maar waarschuwt dat die “niet het hele verschil kunnen verklaren”.
Lees ook:
- Muon gedraagt zich toch best normaal – of is er meer aan de hand?
- Is er echt een tweede higgsboson gevonden?
Beetje verrassend
Voor het KIJK-artikel spraken we destijds onder meer met natuurkundige Chris Hays, een van de twee voornaamste wetenschappers in het team dat de CDF-waarde bepaalde. Daarnaast is Hays lid van het ATLAS-team. Formeel is hij zelfs een van de auteurs van het artikel over de nieuwste ATLAS-analyse, maar daar was hij niet direct bij betrokken, mailt hij. (Bij grote experimenten als ATLAS is het gebruikelijk om álle teamleden als auteurs op te voeren.)
“Naar mijn idee is het een degelijke analyse, waarbij een aantal stapsgewijze verbeteringen zijn doorgevoerd ten opzichte van het vorige resultaat”, zegt Hays over de nieuwe studie. Wel vindt hij het “een beetje verrassend” dat de preciezere ATLAS-waarde voor de massa van het W-boson een stukje lager ligt dan de vorige. Ook wat hem betreft levert het ATLAS-resultaatgeen nieuwe inzichten op wat betreft het verschil tussen de CDF-waarde voor de W-massa en die van andere experimenten, zegt Hays. Wel is “elke verbetering waardevol”.
Écht nieuwe meting
Zelf geeft Hays aan bezig te zijn met “lopend onderzoek naar de theorie die als input is gebruikt bij alle metingen”. Dat zou zich dan heel goed kunnen richten op het bezwaarpunt van Mulders en anderen, dat CDF verouderde theoretische berekeningen gebruikte bij zijn analyse. Hays verwacht die resultaten binnenkort af te kunnen ronden en vrij te geven.
Verder geeft Mulders aan vooral uit te kijken naar de aankomende W-massameting van het experiment CMS, dat óók botsingen in de LHC bestudeert. “Die zal zich waarschijnlijk kunnen meten met de analyses van ATLAS en CDF, en een echt onafhankelijke, nieuwe meting zijn.”
Wordt dus vervolgd…
Bronnen: CERN Document Server, ATLAS, CERN
Beeld: ATLAS/CERN