ENGINEERINGNET.BE - Het standaardmodel bevat drie generaties van elementaire deeltjes.
Naast het paar van quarktypes dat bekendstaat als "up" en "down", deeltjes die de kern van atoomkernen vormen, bestaan er nog twee extra quarkparen: "charm" en "strange", en ook "top" en "bottom". Deze zes types quarks staan bekend als de zes smaken van quarks.
Het standaardmodel voorspelt dat de ene quarksmaak kan overgaan in de andere, een fenomeen dat quarkmenging wordt genoemd, maar het model voorspelt niet hoe vaak verschillende overgangen plaatsvinden.
Ook is er iets vreemds aan de hand: de waarschijnlijkheid van alle mengingsvormen bij elkaar is niet 100%. Wat is er aan de hand? Zou dit een signaal kunnen zijn van nieuwe fysica buiten het standaardmodel?
Om die vraag te beantwoorden hebben natuurkundige Jordy de Vries van de Universiteit van Amsterdam en collega's uit Los Alamos, Seattle en Bern een nieuw raamwerk ontwikkeld en bijbehorende berekeningen uitgevoerd om heel precies de hoeveelheid menging tussen up- en down-quarks te bepalen, de quarks waarvoor het effect het sterkst is.
Als input voor de berekeningen gebruikten de natuurkundigen nauwkeurige metingen van radioactieve vervalprocessen die bekend staan als nucleaire bètavervallen.
De meest nauwkeurige bepaling van de quarkmenging tussen up en down komt van zogenaamde supertoegestane bètavervallen, die voorkomen voor allerlei nucleaire isotopen.
Supertoegestaan betekent dat de betrokken kernen geen spin hebben en daarom gemakkelijker theoretisch te beschrijven zijn.
Niettemin lijdt het berekenen van de hoeveelheid menging uit de uiterst nauwkeurige gegevens onder een theoretische onzekerheid die ontstaat uit de subtiele dans tussen de drie fundamentele natuurkrachten die bij het proces betrokken zijn: de sterke kernkracht, de elektromagnetische kracht en de zwakke kernkracht die het radioactieve verval veroorzaakt.
Het nieuwe raamwerk is ontworpen om deze wisselwerkingen nauwkeurig te beschrijven en de theoretische onzekerheid te temmen.
Het leidde ertoe dat de natuurkundigen effecten ontdekten die nog niet eerder in de berekeningen waren meegenomen, en die te maken hebben met de zwakke interacties tussen de bestanddelen van de kernen.
Deze effecten domineren op dit moment de onzekerheid in de berekeningen. In de nabije toekomst, voortbouwend op dit werk en op geavanceerde berekeningen uit de veel-deeltjesfysica, zullen de onzekerheden onder controle worden gebracht, waardoor de weg wordt geëffend om mogelijke signalen van nieuwe fysica in nucleaire processen te ontdekken.
