Uitkomsten HERA niet te rijmen met standaard model

Dirk van Delft

Behoeft het Standaard Model aanpassing? Experimenten in de HERA-deeltjesversneller bij Hamburg, waar in een ondergrondse ring van 6,3 kilometer omtrek protonen en positronen (positief geladen elektronen) met hoge energie in tegenovergestelde ronddraaien en op elkaar botsen, hebben voorlopige uitkomsten te zien gegeven die zich moeilijk met het huidige (zeer succesvolle) schema van elementaire deeltjes en hun wisselwerkingen laten rijmen. (Nature, 27 februari)

Twee experimenten, ZEUS en H1 genaamd, zien onafhankelijk van elkaar méér positronen in hun botsingen met de protonen in tegenovergestelde richting terugkaatsen dan het Standaard Model voorspelt. De vraag is nu wat men daar mee aan moet.

De protonen en positronen in HERA, die sinds 1994 in bedrijf is, bezitten energieën van respectievelijk 27,5 en 820 GeV. Bij een botsing krijgt een positron een enorme klap van een quark, waarvan ieder proton er drie heeft. Tegelijk ontstaat een jet (sproeier) van hadronen (deeltjes die de sterke wisselwerking ondervinden zoals protonen, mesonen). De richtingen van jet en positron ten opzichte van elkaar zijn zo dat aan de wet van behoud van impuls is voldaan. Quarks kunnen niet op zichzelf bestaan, vandaar de sproeier van hadronen.

ZEUS en H1, beide internationale experimenten waaraan honderden fysici deelnemen, vinden te veel positronen in praktisch tegenovergestelde richting uit de botsing tevoorschijn komen. Dit type botsing kenmerkt zich door een hoge impulsoverdracht, Q in vaktaal. ZEUS (waarin ook het Nederlandse NIKHEF met 14 fysici vertegenwoordigd is) zag vijf van dergelijke botsingen, waar er ongeveer één was verwacht, en H1 zag er 12 bij een voorspeld aantal van 4,71. Alles volgens berekeningen van het Standaard Model, dat daarvoor flink moest worden geëxtrapoleerd. Bij lage Q-botsingen gaf het Standaard Model wel de juiste uitkomsten. De afgelopen maanden zijn de detectorsporen van de gewraakte botsingen in Hamburg nog eens uitvoerig gereconstrueerd en geanalyseerd, met als conclusie dat het geen fake is maar een keurige partij signalen.

Mogelijke verklaringen voor de gemeten afwijking lopen sterk uiteen. Het Standaard Model heeft in zich een aantal constanten die alleen door meting te bepalen zijn - en kan dus nooit in de natuurkunde het laatste woord zijn. Daarom krijgt iedere glimp van een afwijking enorme aandacht en hebben theoretici in hun lades de alternatieven of aanpassingen al klaar liggen. Wellicht, denken sommigen, dat het samenspel tussen quarks en de gluonen (lijmdeeltjes) die ze bij elkaar houden aanpassing behoeft. Anderen suggeren dat er tijdens de botsing tussen een positron en een proton voor zeer korte tijd een leptoquark ontstaat, een exotisch deeltje dat de eigenschappen van een quark en een lepton (deeltjes die de zwakke wisselwerking voelen, zoals elektronen en positronen) combineert.

Het speculeren zal pas ten einde komen als er meer meetgegevens op tafel liggen. Op het moment is de HERA-statistiek te mager om vèrgaande conclusies te trekken. Dat zal veranderen. Onlangs is in Hamburg het nieuwe meetseizoen begonnen en eind dit jaar zal het aantal events verdubbeld zijn. Tot die tijdrekenen fysici gewoon verder met het Standaard Model.

Datum:

08-03-1997

Sectie:

Wetenschap en Onderwijs

Pagina:

3

Onderschrift:

Foto: Detectorsporen van ZEUS in zij- en bovenaanzicht. Goed te zien is hoe het positron en de hadronjet na de botsing tussen proton (komend van rechts) en positron (komend van links) elk een andere richting hebben, zodanig dat de impuls behouden blijft. FOTO DESY

Trefwoord:

Natuurkunde; Wetenschap en Techniek; Exacte Wetenschappen; Kernenergie; Economie; energievoorziening

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.