Een hypothetisch superzwaar boson, waarvan de sporen onlangs zijn gevonden bij de Large Hadron Collider, is misschien niet de eerste vertegenwoordiger van de 'nieuwe fysica', maar een combinatie van zes top-quarks en zes antiquarks, schrijven natuurkundigen in een artikel in de elektronische bibliotheek Arxiv.org.
In december 2015 begonnen geruchten op sociale netwerken en microblogs te circuleren dat de LHC sporen van de "nieuwe fysica" kon detecteren in de vorm van een superzwaar boson, waarvan het verval fotonenparen produceert met een totale energie van 750 giga-elektronvolt. Ter vergelijking: het Higgs-deeltje heeft een massa van 126 GeV en de top-quark, het zwaarste elementaire deeltje, weegt 173 GeV, wat vier keer minder is dan de massa van het deeltje dat de fotonen produceerde.
CERN-wetenschappers hadden de ontdekking van de "nieuwe fysica" in maart kunnen aankondigen, tijdens de jaarlijkse conferentie over de laatste resultaten van de LHC. Ze besloten dit echter niet te doen, volgens bronnen in de wetenschappelijke gemeenschap, omdat het betrouwbaarheidsniveau van de ontdekking - de belangrijkste parameter voor de deeltjesfysica - amper het niveau van 5 sigma bereikte.
Colin Frogatt van de Universiteit van Glasgow (Schotland) en zijn collega Holger Nielsen, een van de grondleggers van de snaartheorie aan het Niels Bohr Institute (Denemarken), verklaren dat het niet nodig is om een 'nieuwe fysica' uit te vinden om dergelijke deeltjes te laten bestaan - het is mogelijk dat deze burst werd gegenereerd door een speciaal systeem van een tiental gewone quarks.
Zoals natuurkundigen uitleggen, kunnen twee of meer elementaire deeltjes onder bepaalde omstandigheden speciale 'gebonden toestanden' vormen waarin de vrijheid van hun beweging wordt beperkt door hun interactie met elkaar en waarin ze het systeem niet kunnen verlaten zonder energie van een externe bron toe te passen. Het eenvoudigste voorbeeld van een dergelijk systeem is een gewoon waterstofatoom - het bestaat uit twee deeltjes, een elektron en een proton, die aan elkaar zijn gebonden en niet in staat zijn deze binding te verbreken zonder "hulp" van oxidanten of fotonen.
Volgens de berekeningen van Froggatt en Nielsen kan een vergelijkbare en zeer stabiele toestand ontstaan in een systeem van zes "gewone" up-quarks en hun zes antipodes - up-anti-quarks. Volgens wetenschappers zal de uitwisseling van Higgs-bosonen en gluonen tussen deze deeltjes krachten genereren die zo'n quasimolecuul extreem stabiel maken.
In totaal is de massa van deze deeltjes ongeveer 2000 GeV, wat betekent dat ongeveer 1350 GeV de energie is van bindingen tussen deeltjes. Volgens Lubos Motl, een beroemde Tsjechische theoretisch fysicus die op Harvard werkte, zal zo'n hoge bindingsenergie moeilijk te verklaren zijn, maar in principe is het mogelijk om het te doen.
Een ander probleem met de oplossing van Froggatt en Nielsen is dat het verval van zo'n "collectief" tot een paar fotonen een van de zeldzaamste varianten is van de vernietiging van dit deeltje. Met andere woorden, de LHC had in eerste instantie andere varianten van het verval van een S-deeltje moeten “zien”, en niet een paar fotonen met een energie van 750 GeV.
Promotie video:
“Het is buitengewoon moeilijk voor te stellen hoe zo'n complexe structuur überhaupt door het annihilatieproces gaat - alle 12 deeltjes erin zouden vrijwel onmiddellijk moeten verdwijnen. Dit kan alleen gebeuren in zeer specifieke situaties. In ieder geval is de eenvoud van dit model buitengewoon aantrekkelijk, vooral als we geen sporen van echt nieuwe fysica vinden”, aldus Motl's studie.
