Quark blijft ondeelbaar

Twee weken geleden werd de natuurkundige wereld opgeschrikt door het bericht dat quarks, de elementaire bouwstenen van de materie, wel eens deelbaar zouden kunnen zijn. Een 440 man sterke onderzoeksgroep verbonden aan het Fermilaboratorium, 40 kilometer buiten Chicago, had de revolutionaire mogelijkheid van een substructuur geopperd in een artikel dat naar Physical Review Letters was gestuurd.

In experimenten met de krachtigste deeltjesversneller ter wereld, het Tevatron, had de CDF-groep (Collider Detector at Fermilab) protonen met grote kracht op anti-protonen geschoten en de 'sproeiers' (jets) aan afgeleide deeltjes die zo'n botsing oplevert, zouden niet te rijmen zijn met de voorspellingen van de quantumchromodynamica (QCD), de theorie die de wisselwerking tussen quarks beschrijft.

Toen dr. Geert Jan van Oldenborgh en dr. Wim Beenakker, theoretische hoge energie fysici verbonden aan het Instituut Lorentz te Leiden, naar aanleiding van de berichten in de pers het oorspronkelijke artikel van de CDF-groep uit het Los Alamos e-print archive ophaalden en grondig doornamen, reageerden ze verbijsterd. Van Oldenborgh: 'In het CDF-artikel zitten een paar bijzinnen verscholen die duidelijk maken dat deze experimentele groep de foutenmarge in hun uitkomsten verkeerd heeft berekend. Wat zij een theoretische uitkomst noemen, is in feite een samenstelling van quantumchromodynamica en een aantal andere experimenten, en de foutenmarges in die experimenten zijn niet meegenomen.'

En dat terwijl vorig jaar november een groep Amerikaanse specialisten een en ander al eens volledig heeft doorgerekend. Van Oldenborgh: 'Op basis van exact dezelfde gegevens als die van de CDF-experimentatoren, kwamen die theoreten tot de conclusie dat er niks aan de hand is: het effect is kleiner dan de foutenmarge. Daar komt nog bij dat, zoals op een bijeenkomst dinsdag 20 februari op het NIKHEF in Amsterdam naar voren kwam, de conversie van een quark of gluon naar een jet niet zo goed begrepen is als de CDF-groep doet voorkomen. De door de Amerikanen geclaimde discrepantie is er eenvoudig niet, waarmee de suggestie van het deelbare quark is weggeblazen.'

Het probleem met de quantumchromodynamica is dat het een complexe theorie is en slechts enkele zaken laten zich in de praktijk goed uitrekenen. Hoe quarks en gluonen (lijmdeeltjes) zich binnen een proton gedragen, hoort daar nog niet bij. Om toch te kunnen analyseren worden in de formules experimentele uitkomsten gesubstitueerd, en die hebben een foutenmarge. Dr. Willy van Neerven, eveneens van het Instituut Lorentz: 'Het probleem met die Amerikaanse experimentatoren is dat ze, in tegenstelling tot hun Europese collega's, door hun gebrekkige theoretische opvoeding niet in staat zijn de kwaliteit van een theorie te beoordelen. Bovendien wordt de theorie door de CDF-groep naar zeer hoge energie geëxtrapoleerd, en het is de vraag of dat ongestraft kan. Als nu je theorie niet lekker ligt, en ook je experiment is niet al te nauwkeurig, hoe haal je het dan in je hoofd zo'n opgeblazen discrepantie te preciseren? Trouwens, al zou die er zijn, dan is een deelbaar quark allerminst de meest voor de hand liggende optie.'

Van Oldenborgh wijst erop dat de groep van het Fermilab van de theoretische preprint van november heeft geweten. 'Ze halen hem zelfs in hun referenties aan, maar zonder de resultaten in hun conclusies te verwerken. Aan het CDF-artikel is een jaar gewerkt. Of ze waren te enthousiast, of ze hadden teveel geïnvesteerd, of ze begrepen het gewoon niet. Heus, wij zijn geen establishment dat de wetenschappelijke vooruitgang blokkeert. Ook wij willen graag dat er iets nieuws wordt ontdekt.'

Van Neerven vult aan: 'Zo'n shaky artikel kan alleen in Amerika. Dezelfde groep zat april 1994 ook al fout bij de eerste aankondiging van de vondst van het top-quark. Kennelijk zien ze zich als marktkooplui, pas als je schreeuwt krijg je aandacht en geld. In Europa bestaat die traditie niet, dan verlies je je naam. Bij het CERN in Genève, waar expermentele en theoretische fysici goed contact hebben, zou zo'n artikel er niet door gekomen zijn. Hoop ik.'

    • Dirk van Delft