Martin Lewis Perl vond niet zomaar een deeltje. Hij ontdekte een gat in ons begrip van het universum.
Toen Perl halverwege de jaren zeventig de tau ontdekte, probeerde het standaardmodel van de deeltjesfysica zijn draai te vinden. Er waren twee generaties fundamentele deeltjes in kaart gebracht. De derde ontbrak. Het was een flagrante leemte in de theorie. Het werk van Perl vulde het.
Voor deze specifieke doorbraak verdiende hij in 1995 de Nobelprijs voor de natuurkunde. Het werd niet gegeven voor een vage bijdrage. Het was voor het vinden van de tau, een enorme lepton met een negatieve lading. Het deeltje zelf is zwaar vergeleken met zijn neven, het elektron en het muon. Het vergaat sneller dan je kunt knipperen. Minder dan een biljoenste van een seconde.
Perl deelde de prijs met Frederick Reines. Reines had het neutrino in de jaren vijftig gevonden. Twee enorme sprongen. Twee Nobelprijswinnaars. Het verband tussen hun werk gaat diep in de geschiedenis van het subatomaire onderzoek.
Van chemische technologie tot kernfysica
Perls’ pad naar de Nobelprijs was niet recht. Het was niet eens dichtbij.
Hij werd in 1927 in Brooklyn geboren en studeerde in 1948 af aan het Polytechnic Institute of Brooklyn. Die school heet nu NYU Polytechnic School of Engineering. Zijn diploma was in de chemische technologie. Hij werkte twee jaar als chemisch ingenieur. Toen veranderde hij van versnelling.
Hij ging naar de Columbia-universiteit. Hij studeerde kernfysica. Hij behaalde zijn Ph.D. daar in 1955.
Van 1955 tot 1963 gaf hij les aan de Universiteit van Michigan. Daarna verhuisde hij naar Stanford University. Hij bleef daar tientallen jaren. In 2004 werd hij emeritus hoogleraar. Hij verliet het vakgebied niet. Hij heeft zojuist zijn titel veranderd.
De zoektocht bij SLAC
Het echte werk begon in het Stanford Linear Accelerator Center (SLAC).
In 1966 maakte Perl deel uit van een team dat nieuwe geladen leptonen probeerde te vinden. Ze botsten met elektronen. Ze vonden niet wat ze zochten. De poging mislukte.
Maar de machinerie veranderde. Begin jaren zeventig werd een nieuwe versneller in gebruik genomen. Het bereikte hoge energieniveaus die voorheen onmogelijk toegankelijk waren. Dit was niet zomaar een upgrade. Het was een sleutel van een gesloten deur.
Perl gebruikte deze machine om frontale botsingen tussen elektronen en positronen vast te leggen. Positronen zijn de antideeltjes van elektronen. Het zijn spiegelbeelden met tegengestelde ladingen.
De experimenten liepen van 1974 tot 1977. De gegevens waren zwaar. Niet zwaar zoals in compact. Zwaar als massief.
Het Tau-deeltje uitgelegd
Wat hebben ze gezien?
Zware leptonen. Later taudeeltjes genoemd.
Deze zijn niet stabiel. Ze blijven niet zitten. Ze vergaan vrijwel onmiddellijk. De vervalproducten zijn neutrino’s en een elektron of een muon.
Perl vond ook de antitau. Het vervalt in neutrino’s en een positron of een antimuon.
Waarom doet dit er toe?
Omdat het het bestaan van een derde generatie fundamentele deeltjes bewees. Voordien dachten natuurkundigen dat twee generaties voldoende waren. De data klopten niet met de theorie. Het standaardmodel was onvolledig.
De tau dwong het model uit te breiden. Het werd essentieel. Zonder de derde generatie valt de wiskunde van de deeltjesfysica in duigen
