Nieuw tetraquark verenigt vier smaken quarks

De deeltjesdierentuin mag weer worden uitgebreid. Niet met een supersymmetrisch deeltje of een tweede higgsdeeltje, maar wel met een bijzonder exemplaar. X(5568) is het eerste tetraquark dat uit vier verschillende soorten quarks is opgebouwd.

Quarks zijn de bouwstenen van hadronen: deeltjes die door de sterke kernkracht bijeen worden gehouden. Hadronen zijn in twee groepen te verdelen. Baryonen, zoals protonen en neutronen, bestaan uit drie quarks. Mesonen, zoals het pion, bestaan uit een quark en een antiquark.

dzero1
De DZero-detector van de Tevatron-deeltjesversneller. Beeld: Reidar Hahn, Fermilab.

Er zijn echter ook hadronen die uit meer dan drie quarks bestaan. In 2003 vonden deeltjesfysici in Japan voor het eerst een deeltje dat uit vier quarks bestaat. Sindsdien zijn nog enkele tetraquarks gevonden, en vorig jaar meldde Cern zelfs de ontdekking van pentaquarks: deeltjes die maar liefst vijf quarks verenigen.

Exotischer

De deeltjessafari
LEESTIP De deeltjessafari, een een praktische, heldere inleiding over higgsbosonen, neutrino’s en meer, € 17,50  Bestel hem hier!

Deze tetra- en pentaquarks bevatten allemaal minstens twee quarks van dezelfde soort – of dezelfde ‘smaak’, zoals deeltjesfysici dat noemen. Quarks komen in zes verschillende smaken voor, waarbij alle zes de smaken ook nog een antiquarkvariant hebben.

Het nieuwe deeltje is het eerste tetraquark dat uit vier verschillende quarksmaken is opgebouwd: een up-quark, een bottom-quark, een anti-down-quark en een anti-strange-quark. Volgens de ontdekkers is het deeltje daarom een stuk exotischer dan de eerder gevonden tetra- en pentaquarks.

Print
Visualisatie van de nieuwe deeltjessoort. Beeld: Fermilab.

Deeltjesfysici van het Fermilab in de VS vonden het tetraquark door gegevens van het DZero-experiment te bestuderen. Dit was een van de twee experimenten van de Tevatron-deeltjesversneller in Chicago, die in 2011 werd gesloten.

Interne structuur

b-sub-s-pi-decay
De vervalreactie. Het nieuwe deeltje ontstond uit de botsing van een proton en een anti-proton. Met enkele tussenstappen verviel het in een pion, twee muonen en twee kaonen. Beeld: Fermilab.

De deeltjesfysici ontdekten botsingen waarbij twee muonen, twee kaonen en een pion ontstonden. De kans dat bekende processen deze combinatie van deeltjes opleverden, is volgens hen ongeveer een op zes miljoen. Ze concluderen in een voorpublicatie dat het resultaat alleen kan zijn ontstaan uit het verval van een tetraquark met vier verschillende smaken. Ze noemen het nieuwe deeltje X(5568), vanwege zijn massa van 5568 mega-elektronvolt.

Natuurkundigen willen nu weten hoe de interne structuur van het tetraquark eruit ziet. De quarks kunnen alle vier opeengepakt zitten, maar ze kunnen ook twee gescheiden paren vormen. Onderzoek hiernaar levert meer inzicht in de werking van de sterke kernkracht.

four-quark-states
De vier quarks kunnen bij elkaar zitten, maar ook in twee gescheiden paren bewegen. Beeld: Fermilab.

Vier onderzoekers van het Nederlandse hoge-energiefysica-instituut Nikhef waren betrokken bij de publicatie: Sijbrand de Jong, Frank Filthout, Melvin Meijer en Willem van Leeuwen. De eerste drie zijn tevens verbonden aan de RU Nijmegen.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

Over de auteur

Yannick Fritschy

Yannick Fritschy is wetenschapsjournalist en redacteur bij New Scientist. Hij schrijft over alle wetenschappen, met een voorliefde voor sterrenkunde en taal. Daarnaast zit sport in zijn DNA. In zijn vrije tijd doet Yannick veel aan voetbal en hardlopen.



3 Reacties

  • Pascal Kwanten

    | Beantwoorden

    Van 2 quarks (mesons) naar 3 quarks (baryons) en van 5 quarks (pentaquark) naar 4 quarks (tetraquark)….. dat wordt een botsing …;)

    ….. 2–>3–>…BOEM!! ..<– 4<–5…

  • Pascal Kwanten

    | Beantwoorden

    Een kleine nuance: het nieuwe deeltje ontstond uit de botsing tussen protonen en anti-protonen (en niet uit een proton-protoen botsing zoals vermeld bij de illustratie). Zie: http://arxiv.org/abs/1602.07588

    • Yannick Fritschy

      | Beantwoorden

      aangepast, hartelijk dank!

Plaats een reactie