W-boson zou te zwaar zijn

Het W-boson is een elementair deeltje dat tot dusver weinig moeite heeft gedaan om een natuurkundige revolutie te ontketenen. Nu heeft een team van onderzoekers zijn massa opnieuw gemeten. Het publiceerde zijn conclusie in het wetenschappelijke tijdschrift Science: het W-boson is te massief. De massa die het Fermilab in de VS bepaalde, komt niet overeen met de waarde die door het Standaardmodel van de deeltjesfysica wordt voorspeld.

Het W-boson komt niet voor in het dagelijks leven. Het is een zogeheten peilboson, en het komt alleen voor bij experimenten met hoge energie in de deeltjesfysica. Het brengt de zwakke kracht over, een van de vier elementaire krachten. Het deeltje is ongeveer 80 maal zo zwaar als een proton, het standaardmodel voor deeltjesfysica voorspelt een massa van 80,357 MeV/c². Die massa komt ook - binnen de meetonzekerheden - overeen met het resultaat van de meting tijdens het ATLAS experiment bij CERN.

Voor de meting aan de deeltjesversneller Tevatron in Fermilab analyseerde het team gegevens van 2002 tot 2011; Tevatron was actief tot 2011. De deeltjesversneller liet protonen en antiprotonen met elkaar in botsing komen, waarbij allerlei andere deeltjes met een korte levensduur werden gecreëerd. Zo hadden de onderzoekers een totaal van vier miljoen W-bosonkandidaten voor de gegevensanalyse. De analyse duurde ongeveer een decennium. Zo verkreeg het team naar eigen zeggen de meest nauwkeurige waarde van de massa van het W-boson ooit gemeten - en die bedraagt 80 433,5 +/- 9,4 MeV/c²!

Dit verschil is statistisch significant, zeggen de onderzoekers, met een significantie van zeven standaarddeviaties (sigma). In de deeltjesfysica wordt iets gewoonlijk als een ontdekking beschouwd als het een statistische significantie van vijf sigma overschrijdt. Daaruit concludeert het onderzoeksteam dat hun waarde niet strookt met het standaardmodel van de deeltjesfysica.

Aangezien deeltjesfysici over de hele wereld op zoek zijn naar afwijkingen van het standaardmodel omdat die wijzen op wetmatigheden buiten dit gebrekkige model, is dit eigenlijk veelbelovend nieuws. Maar, zoals de twee auteurs van de inleiding voor de publicatie in Science schrijven: ‘Buitengewone beweringen vereisen buitengewoon sterk bewijs.’ Er moeten dus minstens nieuwe, onafhankelijke metingen en analyses van de massa van het W-boson gebeuren, vooraleer dit elementaire deeltje het Standaardmodel aan het wankelen kan brengen.

Foto bovenaan: De Collider Detector bij Fermilab registreerde van 1985 tot 2011 de botsingen van hoogenergetische deeltjes die door de Tevatron-collider werden geproduceerd. Ongeveer 400 wetenschappers in 54 instellingen in 23 landen werken nog steeds aan de schat van gegevens die tijdens het experiment zijn verzameld. Foto: Fermilab