Natuurkundigen vragen zich af of een vijfde natuurkracht bestaat

Hebben Hongaarse natuurkundigen met een simpele meetopstelling een nieuwe natuurkracht ontdekt die alle grote versnellers en detectoren al decennia over het hoofd zien?

Trefwoorden: #atoomkern, #beryllium-8, #CERN, #Debrecen-anomalie, #deeltje, #detector, #elektronmassa, #foton, #helium-4, #natuurkracht, #positron, #proton, #Standaard Model, #vectorboson, #versnellers, #X-boson

Lees verder

research

( Foto: © CERN )

ENGINEERINGNET.BE - Het mysterieuze X17-deeltje kan de drager zijn van een onbekende, vijfde fundamentele kracht.

Het deeltje zou een rol spelen bij het verval van instabiele kernen van beryllium-8 en helium-4. Volgens de handboeken zenden zulke kernen na vorming hun overschot aan energie uit als een lichtdeeltje, een foton, dat daarna een elektron en een anti-elektron vormt.

De lichtsnelheid van het foton maakt dat het elektron en positron na hun ontstaan in vrijwel dezelfde richting verder bewegen. In een detector slaan ze vlak naast elkaar in.

Uit metingen van het Instituut voor Nucleaire Research in Debrecen, Hongarije, bleek in 2015 dat zo’n paar van een elektron en positron heel af en toe bijna haaks op elkaar worden uitgezonden.

Nu rapporteert dezelfde groep een vergelijkbare anomalie in helium-4, onder een hoek van 110 graden.

Nadat in 2015 de Debrecen-anomalie in Physical Review Letters was gepubliceerd, kwam de Universiteit van Californië met een opmerkelijke verklaring.

Bij het verval ontstaat volgens hun theorie nu en dan geen foton, maar een onbekend deeltje dat veel trager beweegt dan een foton. Als dat trage deeltje na korte tijd een elektron-positronpaar vormt, vliegen die bijna haaks op de aanvankelijke beweging uit elkaar. Ze treffen de detector ver van elkaar.

Volgens de Amerikanen is de uitkomst van de experimenten te begrijpen als er een onbekend licht deeltje van ongeveer 35 elektronmassa’s uit de atoomkern komt, in plaats van een foton. Zo’n traag deeltje moet volgens de deeltjesboekhouding een vectorboson zijn, een deeltje met een spin. Maar het is niet een van de bekende vectorbosonen uit het Standaard Model.

In de natuurkunde zijn vier fundamentele krachten bekend: zwaartekracht, elektromagnetisme en de zwakke en sterkte kernkrachten. In het Standaardmodel worden krachten door vectorbosonen overgebracht, die allemaal bekend lijken: het foton, het gluon en W en Z.

In de logica van het Standaard Model betekent een nieuw X-boson dat er een onbekende vijfde natuurkracht moet zijn. Dat zou een grote ontdekking zijn.

De Hongaarse groep noemt het experiment met helium-4 een bevestiging van de eerdere meting in beryllium-8. Maar in allerlei wetenschappelijke columns en bladen hebben fysici zich hier sceptisch over uitgelaten.

De groep heeft een geschiedenis van ingetrokken claims op het gebied van vreemd atoomverval, die bij nader inzien statistische missers bleken.

Het nieuwe helium-4 experiment mag volgens de meeste commentaren geen bevestiging van het beryllium-experiment heten, omdat het in dezelfde meetopstelling is gedaan.

Ook is de vraag waarom een X-boson van 34 elektronmassa’s niet allang is ontdekt. In versnellerexperimenten is het de afgelopen decennia niet opgedoken. Volgens een aantal theoretici komt dat omdat de vijfde kracht geen vat heeft op protonen, net zoals elektromagnetisme niks doet met ongeladen deeltjes.

Bij CERN wordt het nieuwe helium-4 resultaat in zoverre serieus genomen dat het NA64-experiment nogmaals rechtstreeks naar het X17-deeltje op zoek gaat. Ook gaan er stemmen op om in de metingen met de LHCb-detector naar het deeltje te speuren.