Bij het Belle-experiment in Japan hebben botsingen tussen elektronen en positronen exotische deeltjes opgeleverd die bestaan uit vier quarks waaronder een zwaar bottomquark en een anti-bottomquark. Gangbare deeltjes bestaan uit slechts twee of drie quarks.

De vondst van de nieuwe deeltjes smaakt naar meer. Er liggen bij de Japanse KEKB-versneller enorme hoeveelheden meetgegevens te wachten op analyse, dus wellicht dat daarin sporen van nog meer deeltjes met vier quarks kunnen worden gevonden.

Volgens het standaardmodel bestaan er zes typen quarks, in de lichte smaken up en down, de iets zwaardere smaken charm en strange, en de twee zwaarste smaken, bottom en top. Die kunnen niet los bestaan, ze vormen de bouwstenen van de zogenaamde hadronen, de uit quarks opgebouwde deeltjes. De gebruikelijke hadronen zijn mesonen, met daarin steeds een quark en een antiquark, en baryonen, zoals het proton en het neutron, die uit drie quarks zijn opgebouwd.

De onderzoekers zochten naar sporen van mesonen opgebouwd uit de zwaardere type quarks. Zo ontdekten ze in maart 2011 het bottomonium, een meson bestaande uit een bottomquark en een anti-bottomquark. Bij hun analyses stuitten ze op deeltjes die tot hun verrassing veel zwaarder waren dan de theorie voorspelde. De verklaring is dat die deeltjes niet twee maar vier quarks bevatten. In de Japanse ringvormige versneller hebben de detectoren nu al tien typen exotische deeltjes opgebouwd uit vier quarks gevonden.

Waar de eerste gevonden deeltjes met daarin vier quarks onder meer een charm- en een anticharmquark bevatten, zitten er in de nieuwste vondst Z_b een bottomquark en een anti-bottomquark. Z_b is elfmaal zo zwaar als een proton. De twee overige quarks in dat deeltje zorgen ervoor dat het een lading heeft. Binnenkort publiceert het tijdschrift Physical Review Letters het wetenschappelijke artikel over de vondst. Bijna vierhonderd onderzoekers zijn er wereldwijd bij het experiment betrokken.

Erick Vermeulen

In de Japanse versneller ontstaat het nieuwe deeltje Z_b bij een botsing tussen een elektron en een positron, waarbij ook een pi-meson ontstaat. Dat is een meson opgebouwd uit de lichtste quarks, bijvoorbeeld up en antidown. Z_b valt vervolgens uiteen in nog een pi-meson en een zogenaamd bottomonium, het meson bestaande uit een bottomquark en een antibottomquark. Dat bottomonium vervalt razendsnel in twee muonen – deeltjes die geen quarks bevatten – die het uiteindelijke meetsignaal in de detectoren opleveren.