Wetenschappers hebben een baanbrekende ontdekking in de deeltjesfysica gemeld. Zij hebben de meest nauwkeurige meting van het magnetische moment van het muon gedaan, een fundamenteel deeltje dat verwant is aan een elektron maar tweehonderd keer zwaarder is. Deze prestatie, die het resultaat is van de internationale samenwerking van het Muon g-2-experiment in het Fermi National Accelerator Laboratory in Chicago, opent deuren naar het mogelijke bestaan van een nog niet geïdentificeerde vijfde natuurkracht.
De onverwachte ‘schommeling’ in het gedrag van het muon in het magnetische veld, die niet overeenkomt met de voorspellingen van het huidige standaardmodel, duidt mogelijk op nieuwe subatomaire verschijnselen of het bestaan van onbekende deeltjes. Deze ontdekking heeft ook de behoefte aan nieuwe theoretische ideeën aangewakkerd, waardoor ons begrip van de krachten die het universum besturen mogelijk radicaal anders wordt.
- Wetenschappers hebben de meest nauwkeurige meting tot nu toe van het magnetische moment van het muon, een fundamenteel deeltje, geregistreerd.
- Wetenschappers bestuderen al jaren de ‘schommeling’ of voortijdige beweging van muonen in magnetische velden.
- Door deze karakteristieke schommeling precies te meten, hopen wetenschappers inzicht te krijgen in nieuwe subatomaire verschijnselen.
Onthulling van het muon-mysterie
Muonen lijken op elektronen maar zijn ongeveer 207 keer zwaarder. Ze behoren tot de leptongroep – een verzameling fundamentele deeltjes die niet uit kleinere deeltjes bestaat. Het muon ontstaat wanneer deeltjes in de atmosfeer van de aarde in botsing komen met kosmische straling, zoals hoogenergetische protonen en atoomkernen. Deze deeltjes bestaan kortstondig, gedurende ongeveer 2,2 microseconden, voordat ze vervallen in een elektron en twee soorten neutrino’s (elektrisch ongeladen subatomair, elementair deeltje). Door hun hoge snelheid kunnen muonen echter aanzienlijke afstanden afleggen voordat ze vervallen. De deeltjes bombarderen het aardoppervlak constant en kunnen kilometers diep doordringen.
Wetenschappers bestuderen al jaren de ‘schommeling’ of voortijdige beweging van muonen in magnetische velden. De snelheid van deze schommeling, bekend als het magnetisch moment, wordt beïnvloed door de interacties van het muon met nog niet ontdekte deeltjes. Wetenschappers hopen inzicht te krijgen in nieuwe subatomaire verschijnselen door deze karakteristieke schommeling precies te meten en mogelijk nieuwe deeltjes te ontdekken.
Een zoektocht naar nieuwe fysica
Eerdere experimenten in het Brookhaven National Laboratory in de VS hadden een afwijking van de theoretische voorspellingen van het standaardmodel van de deeltjesfysica uitgewezen. Het Muon g-2 experiment in Fermilab was bedoeld om deze eerdere metingen te bevestigen en te verfijnen. De meest recente resultaten van dit experiment hebben de eerdere discrepantie bevestigd, met een onzekerheid van 0,2 deeltjes per miljoen. Deze nauwkeurigheid is meer dan het dubbele van de eerdere resultaten en opent nieuwe mogelijkheden voor het onderzoeken van de fundamentele interacties die het heelal besturen.
Deze experimentele resultaten komen echter niet overeen met de voorspellingen van het huidige standaardmodel, dat rekening houdt met vier fundamentele krachten – de elektromagnetische kracht, de sterke kernkracht, de zwakke kernkracht en de zwaartekracht. Deze afwijking suggereert het mogelijke bestaan van een vijfde natuurkracht of onbekende deeltjes.
Implicaties en toekomstige richtingen
De bevindingen van Fermilab bouwen voort op eerder werk van Fermilab en de Large Hadron Collider, die het bestaan van een vijfde kracht ook hebben gesuggereerd. Hoewel deze resultaten intrigerend en mogelijk paradigmaveranderend zijn, blijven er onzekerheden bestaan. Dr. Mitesh Patel van het Imperial College London vertelde de Guardian dat de theoretische voorspelling van de schommelfrequentie van muonen onzekerder is geworden, wat de interpretatie van de resultaten zou kunnen beïnvloeden.
Ondanks deze onzekerheden opent de precieze meting van het magnetische moment van het muon spannende mogelijkheden om nieuwe interacties in het heelal te onderzoeken en mogelijk een vijfde natuurkracht te ontdekken. Terwijl het Muon g-2 experiment doorgaat met het verfijnen van zijn metingen, waarbij de uiteindelijke resultaten naar verwachting een onzekerheid van 0,14 delen op een miljoen zullen hebben, kijken wetenschappers wereldwijd ademloos toe.
De zoektocht naar een beter begrip van de fundamentele bouwstenen van ons heelal gaat door en deze baanbrekende prestatie brengt ons een stap dichter bij het ontdekken van nieuwe fysica en het begrijpen van de krachten die ons heelal vormgeven.
