Een vijfde natuurkracht? Hoe een experimentele fout ons op een dwaalspoor bracht

In de wetenschap komen soms spannende ontdekkingen voort uit experimenten. Echter, nog veel vaker moeten wetenschappers concluderen dat de resultaten niet zo spannend zijn. Eerder berichtten we over een mogelijke vijfde fundamentele natuurkracht. Later ontdekten onderzoekers dat dit te wijten was aan een fout in het experiment. Dit is hoe het allemaal gebeurde.

De 'ontdekking'

Het was overal in het nieuws. Er werd een baanbrekende ontdekking in de deeltjesfysica gemeld. Wetenschappers zouden de meest nauwkeurige meting van het magnetische moment van het muon hebben 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, zou deuren openen naar het mogelijke bestaan van een nog niet geïdentificeerde vijfde natuurkracht.

De onverwachte 'wiebeling' in het gedrag van het muon in het magnetische veld, die niet overeenkwam met de voorspellingen van het huidige standaardmodel, suggereerde de prikkelende mogelijkheid van nieuwe subatomaire verschijnselen of het bestaan van onbekende deeltjes. Deze ontdekking wakkerde ook de behoefte aan nieuwe theoretische ideeën aan, waardoor ons begrip van de krachten die het universum besturen mogelijk een revolutie zou ondergaan.

Deze experimentele resultaten kwamen 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 discrepantie suggereerde het mogelijke bestaan van een vijfde natuurkracht of onbekende deeltjes.

Mysterie opgelost

Als wetenschapper zijn de spannendste momenten vaak wanneer een resultaat niet overeenkomt met je verwachtingen, hoe hard je ook probeert het te begrijpen. Voor theoretici gebeurt dit als hun berekeningen botsen met bestaande experimentele of observationele gegevens. Voor experimentalisten is het wanneer hun metingen ingaan tegen theoretische voorspellingen. Zo’n situatie kan leiden tot een baanbrekende ontdekking of simpelweg een fout blijken te zijn – in de theorie of het experiment.

Het Fermilab-experiment liet een opvallende afwijking zien tussen theorie en metingen, met een betrouwbaarheid boven de 4-sigma-grens, bijna genoeg voor een ontdekking. Maar betekent dit echt nieuwe fysica? Een recente analyse wijst op een andere verklaring: een fout in de gangbare theoretische aanpak. Met zogenaamde, verbeterde lattice QCD-technieken blijkt dat theorie en experiment toch overeenkomen, wat suggereert dat het mysterie is opgelost.

Natuurkundigen lossen kernfusiemysterie op met mayonaise

De nieuwste doorbraak in kernfusie komt uit een nogal onverwachte hoek: mayonaise.

Read More