Een team van onderzoekers en studenten heeft een belangrijke stap gezet in de zoektocht naar nieuwe natuurkundige wetten door specifieke grenzen vast te stellen voor 132 theoretische scenario's. Deze scenario's zouden kunnen dienen als uitbreiding van het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica. De wiskundige resultaten bieden een concreet kader voor toekomstige experimenten die trachten de fundamenten van onze kennis over het universum te verbreden.
Het standaardmodel wordt momenteel beschouwd als de meest volledige verklaring voor de interacties tussen bekende krachten en deeltjes, al blijft de zwaartekracht hierbuiten vallen. Ondanks de successen van dit model zijn er nog steeds grote mysteries die onopgelost blijven. Zo meldt newscientist.com dat het huidige model tekortschiet bij het verklaren van fenomenen zoals donkere energie en donkere materie, wat de noodzaak voor een theoretische upgrade bevestigt.
Een cruciaal fundament van de moderne fysica is de Lorentz-symmetrie, vernoemd naar de natuurkundige Hendrik Lorentz. Dit principe stelt dat de resultaten van experimenten met elektrische ladingen onveranderd blijven, ongeacht het referentiekader waarin ze worden uitgevoerd. Of een experiment nu in een stilstaande ruimte plaatsvindt, in een bewegende kamer of tijdens de rotatie van de aarde, de uitkomst zou volgens deze symmetrie hetzelfde moeten zijn. Dit concept werd later door Albert Einstein geïntegreerd in zijn speciale relativiteitstheorie.
Om het standaardmodel te kunnen verbeteren, zoeken wetenschappers naar bewijzen dat deze symmetrie mogelijk toch wordt geschonden. Een mogelijke weg hiernaar is het opsporen van nieuwe quantumvelden. In de jaren 90 werden binnen de Standard Model Extension (SME) al 132 kandidaten geïdentificeerd die potentieel als eerste detecteerbaar zouden zijn in experimenten. Hoewel deze kandidaten al langer bekend waren, ontbrak het tot nu toe aan exacte richtlijnen over de benodigde meetprecisie om deze schendingen daadwerkelijk aan te tonen.
Jay Tasson, verbonden aan het Carleton College in Minnesota, heeft samen met collega's nu voor het eerst berekend welke nauwkeurigheid vereist is om elk van deze 132 scenario's te kunnen identificeren. Volgens de berichtgeving van vergelijkt Tasson dit proces met het zoeken naar een specifieke richting in de ruimte. Indien er sprake is van een schending van de symmetrie, zou een beweging of rotatie in die specifieke richting namelijk de resultaten van een experiment beïnvloeden.
Deze doorbraak heeft directe gevolgen voor de experimentele fysica. Door precieze grenzen te trekken, weten wetenschappers nu welke meetwaarden hun instrumenten moeten kunnen bereiken om zinvolle resultaten te boeken. Het werk van Tasson en zijn team legt hiermee de wiskundige basis om te testen of de huidige natuurkundige wetten moeten worden uitgebreid.
Indien toekomstige experimenten daadwerkelijk een schending van de Lorentz-symmetrie kunnen bewijzen, zou dit kunnen leiden tot een allesomvattende theorie die ook de mysteries van donkere materie en energie kan verklaren. Zoals beschreven door , vormt dit onderzoek een essentiële stap in de transitie van het standaardmodel naar een completer begrip van de kosmos. De resultaten maken het mogelijk om gerichter te zoeken naar nieuwe fysica aan de grenzen van het bekende.