Sciencepalooza

Nog niet helemaal zeker

Vorige week zijn er nieuwe resultaten van de Tevatron-deeltjesversneller in Fermilab (VS) gepresenteerd, en ook al is het nog vers, de resultaten zijn opmerkelijk. Als het bevestigd zou worden is het groot nieuws, want dit betekent dat er voor het eerst onderzoeksresultaten zijn die in tegenspraak zijn met ‘het Standaardmodel’, het model dat de bouwstenen van de wereld om ons heen feilloos beschrijft. Maar dan moet het nog wel bevestigd worden.
De meesten onder u zullen wel bekend zijn met de LHC, de deeltjesversneller in Genève. Daarnaast is er sinds 1985 in de Verenigde Staten al een kleinere versneller, het Tevatron, die aan het einde van dit jaar gesloten zal worden. Deze deeltjesversnellers zijn eigenlijk supermicroscopen. Er worden deeltjes, (anti)protonen in dit geval, met heel grote snelheid op elkaar geschoten om de structuur van de deeltjes bloot te leggen. Hoe groter de energie, hoe preciezer de schaal is waarop je kunt kijken.

Omdat het Tevatron minder energie heeft dan de LHC is het niet in staat op zo'n kleine schaal te kijken als de LHC. Maar precisie is niet het enige wat van belang is: het aantal metingen dat gedaan kan worden is eveneens van belang. De analyse van deze botsingen gebeurt met behulp van statistiek: er zijn grote hoeveelheden data nodig voordat geconcludeerd kan worden of er een nieuw deeltje geproduceerd is of niet.

Een voorbeeld: als je een dobbelsteen gooit ga je ervan uit dat alle uitkomsten van 1 tot en met 6 even vaak voorkomen. Stel, iemand heeft een theorie dat de dobbelsteen verzwaard is en je vaker een 3 gooit. Je wilt meten of deze theorie klopt en na zes keer gooien heb je één keer 2, drie keer 3, één keer 4 en één keer 6 gegooid. Het lijkt te kloppen, maar de twee keer erna gooi je 4 en 5, nog meer gooien dus. Zeker als de dobbelsteen maar lichtelijk verzwaard is aan één kant kan het lang duren.

Zoals je vaak met een dobbelsteen moet gooien om de 'verzwaringstheorie’ te testen, heel vaak zelfs als het gezochte effect klein is, is het ook zo dat je bij een botsing van twee protonen niet meteen een nieuw deeltje ziet; dat moet uit de ruis 'boven komen drijven’. In Fermilab lijkt er dus nu 'iets’ te zijn (overigens is het uitgesloten dat dit het Higgsdeeltje is), maar de kans dat het resultaat een statistische fluctuatie is, is nog ongeveer 1 op 1000; dit is groot genoeg om het nog geen ontdekking te noemen. Het wordt pas definitief als een nieuw deeltje erkend zodra de kans dat het een toevalsvinding is maar 1 op 1,7 miljoen is. Dit klinkt heel extreem, maar in het verleden is het gebleken dat een vergelijkbare 'ontdekking’ door meer metingen weer compleet verdween.

De statistiek is ook de reden dat de LHC, ook al loopt deze nu al een jaar zonder problemen, nog geen grote ontdekkingen heeft opgeleverd; er zijn nog niet genoeg metingen gedaan. Terwijl er zeshonderd miljoen metingen per seconde gedaan worden, zijn deze (eventuele) nieuwe deeltjes zo onwaarschijnlijk dat er heel veel gemeten moet worden.

En wat zou dat dan betekenen, een nieuw deeltje? Dit is nu nog vooruitlopen op de resultaten, maar als er werkelijk ergens een nieuw deeltje wordt aangetroffen zal dit nieuws u zeker bereiken.