LHC geeft een tik aan de theorie van de supersymmetrie

Quarks zijn subatomaire deeltjes waarvan er zes soorten bestaan: up, down, charm, top (of truth), strange, bottom (of beauty). Daarnaast zijn er ook nog hun antideeltjes, ook zes. Het zijn de bouwstenen van protonen en neutronen die op hun beurt atomen vormen.

Het Standaardmodel van de deeltjesfysica dat in het begin van de jaren zeventig uitgewerkt werd, integreert de huidige kennis over de fundamentele deeltjes en krachten. Experimenten hebben aangetoond dat de theorie in overeenstemming is met de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie van Einstein. Maar het Standaardmodel laat de zwaartekracht buiten beschouwing en het verklaart ook niet waarom er donkere materie en energie bestaan, die samen 95 procent van de kosmos uitmaken.

Om aan die hiaten tegemoet te komen, kwamen natuurkundigen met de theorie van de supersymmetrie (SUSY) voor de dag. Die theorie vertrekt vanuit de stelling dat elk deeltje uit het Standaardmodel een superpartner heeft.

Een voorstelling van de vorming van deeltjes volgens de supersymmetrie. Een quark (groen) en een antiquark (rood) botsen. De botsing leidt tot het ontstaan van twee zware supersymmetrische deeltjes (geel), die vervallen tot twee lichtere supersymmetrische deeltjes (roze) en een W- en een Z-deeltje (groen). Het W-deeltje (rechts) vervalt voort in een muon (blauw) en een antineutrino (grijs). Het Z-deeltje (links) vervalt in een elektron en een positron, een anti-elektron (allebei blauw).

Maar met de LHC, de grootste deeltjesversneller ter wereld, is nog geen enkel teken van supersymmetrie gevonden.

Het LHCb-experiment heeft nu de transformatie van beauty-quarks tot up-quarks waargenomen en die gebeurde met quarks met een "linkshandige" spin, wat overeenstemt met het Standaardmodel. Volgens hoofdonderzoeker Guy Wilkinson van het LHCb liggen de nu gevonden resultaten helemaal in de lijn van het Standaard Model en is er dus geen noodzaak aan een bijkomende theorie.

Bij vroegere waarnemingen van de transformatie van beauty-quarks waren er tegenstrijdige resultaten, die er op leken te wijzen dat de transformatie ook bij "rechtshandige" quarks zou gebeuren. Dat vroeg wel om de bijkomende theorie van de supersymmetrie.

Wilkinson beklemtoonde echter tegenover het Franse persbureau AFP dat het "te vroeg" is om de supersymmetrie te begraven. "Het is erg moeilijk om de supersymmetrie te doden, want het is een veelkoppig monster", zo zei hij. 

Maar als er anderzijds de volgende twee jaar niets wordt gevonden dat wijst op supersymmetrie, komt de theorie in moeilijk vaarwater, zo zei hij. Het aantal echte "gelovigen" zal dan naar beneden duiken, volgens Wilkinson.

Het onderzoek van het LHCb-experiment over de transformatie van de beauty-quark is gepubliceerd in Nature physics.

De structuur van de materie volgens het Standaardmodel: een atoom bestaande uit een kern met protonen en neutronen, en elektronen. De protonen en neutronen in de kern (rood en wit) bestaan op hun beurt uit drie quarks (blauw).