Vier jaar na de vondst van het higgsdeeltje in Cern hebben onderzoekers van de LHCb-collaboratie in één klap drie nieuwe deeltjes aangetroffen. De deeltjes vormen samen met een eerder ontdekt exemplaar een familie van tetraquarks. De ontdekking helpt fysici bij het interpreteren van deze exotische deeltjesgroep.
Onderzoekers van het LHCb-experiment in deeltjesinstituut Cern hebben drie nieuwe samengestelde deeltjes ontdekt. Bijzonder aan de deeltjes is dat ze uit vier zware quarks bestaan. Tevens brachten de onderzoekers voor het eerst de eigenschappen van een vierde tetraquark van deze familie in kaart. Ze plaatsten hun resultaten in twee artikelen op voorpublicatiesite Arxiv.
Quarks zijn de bouwstenen van hadronen: deeltjes die door de sterke kernkracht worden bijeengehouden. Voorbeelden van hadronen zijn het proton en het neutron. Deze deeltjes, waaruit een atoomkern is opgebouwd, bestaan allebei uit drie quarks. Daarnaast zijn er ook hadronen die uit twee quarks – of beter gezegd, een quark en een antiquark – zijn opgebouwd.
Lange tijd leek het erop dat alle hadronen uit twee of drie quarks bestaan. Pas in 2003 vonden deeltjesfysici voor het eerst een deeltje dat vier quarks bundelt. Dergelijke tetraquarks zijn slechts zelden te zien in metingen van botsingen in deeltjesversnellers. Fysici weten niet precies hoe ze de vierkoppige deeltjes moeten interpreteren. Daarom spreken ze ook wel van ‘exotische deeltjes’.
Geen ups en downs
De nieuwe tetraquarks zijn alle drie opgebouwd uit dezelfde vier quarks: een charm-, anti-charm-, strange-, en anti-strange-quark. Je kunt echter niet zeggen dat ze gelijk aan elkaar zijn. De deeltjes verschillen onderling in eigenschappen zoals massa en inwendige structuur.
De drie deeltjes zijn broertjes van het al eerder gevonden tetraquark X(4140), dat uit dezelfde vier quarks is opgebouwd. Van dit deeltje brachten de LHCb-onderzoekers de eigenschappen voor het eerst met grote precisie in kaart.
Samen vormen de vier deeltjes de enige hadronenfamilie zonder up- en down-quarks. Dit zijn de lichtste quarkvarianten, waaruit alle materie om ons heen is opgebouwd. Doordat de nieuwe tetraquarks relatief zwaar zijn, zijn ze wellicht sterker samengebundeld dan andere exotische deeltjes, zoals het tetraquark dat eerder dit jaar in de VS werd ontdekt of de vijfkoppige pentaquarks die vorig jaar in Cern werden aangetroffen.
Elementair deeltje
De onderzoekers van het LHCb-experiment, waaraan het Nederlandse deeltjesinstituut Nikhef een grote bijdrage levert, vonden de drie nieuwe deeltjes in gegevens die ze tussen 2010 en 2012 hadden verzameld. De Large Hadron Collider (LHC), de 27 kilometer lange deeltjesversneller van Cern, had in die periode zijn eerste serie botsingen.
Momenteel is een geüpgradede versie van de LHC bezig met een tweede reeks botsingen. De eerste gegevens die daaruit volgden, hebben onder fysici al geleid tot driftige speculatie over het mogelijke bestaan van een nieuw elementair deeltje. Voorspellingen lopen uiteen van een tweede higgsdeeltje tot het vrijwel onbegrijpelijke Sgoldstino-deeltje. Statistische ruis is echter ook een mogelijke verklaring voor de opmerkelijke gegevens.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: