Nieuw zwaar deeltje legt sterke kernkracht op de pijnbank

De deeltjesdierentuin heeft een nieuwe inwoner: een dubbelcharmant zwaar beest. Het nieuwe deeltje kan fysici een hoop leren over de sterke kernkracht.

Onderzoekers van het LHCb-experiment bij de Large Hadron Collider van CERN onthulden vorige week de ontdekking van een deeltje met de tamelijk esoterische naam ΞCC++  (XiCC++). De vondst versterkt ons begrip van de sterke kernkracht, een van de vier fundamentele krachten die het heelal besturen.

Het nieuwe deeltje bevat twee charm-quarks in het midden en een up-quark daaromheen. Beeld: Daniel Dominguez/CERN.

XiCC++ is een baryon: net als onder andere protonen en neutronen hoort het bij de deeltjesfamilie die het merendeel van de gewone materie produceert. Alle baryonen bestaan uit drie quarks: fundamentele deeltjes die in zes verschillende ‘smaken’ voorkomen. In theorie kun je deze zes smaken op allerlei manieren mengen en zo een stortvloed aan baryonen creëren. Veel van die mogelijke combinaties zijn echter nog nooit in werkelijkheid aangetroffen.

‘Natuurlijk wil je alle toestanden ontdekken, zodat het plaatje compleet is’, zegt LHCb-onderzoeker Abolhassan Jawahery. ‘Dat geeft weliswaar geen nieuwe fysica weer, maar het helpt wel om ons plaatje van het quarkmodel in te kleuren. Het kan enkele openstaande raadsels oplossen.’

Geruststelling

De nieuwe ontdekking is opwindend voor deeltjesfysici, omdat ze nog nooit een deeltje hadden gevonden met twee van de zwaardere quarks – zogeheten charm-quarks. Het derde onderdeel is een up-quark. In tegenstelling tot bij andere baryonen, waar de drie quarks ieder op gelijke wijze om elkaar heen draaien, zitten de twee charm-quarks in XiCC++ samen in het midden en draait het lichtere up-quark daaromheen.

Al die extra massa heeft als gevolg dat XiCC++ ongeveer 3621 megaelektronvolt weegt, vier keer zoveel als het proton. De gemeten massa is in lijn met theoretische voorspellingen, zegt LHCb-onderzoeker Sheldon Stone.

In 2002 vond het SELEX-experiment bij de Amerikaanse deeltjesversneller Fermilab aanwijzingen voor het bestaan van een vergelijkbaar deeltje, maar dat had een volledig andere massa dan verwacht. ‘Dat deeltje had een verdacht vreemde massa’, zegt Stone. ‘Het zou ons deeltjesmodel behoorlijk overhoop gooien. Het nieuwe resultaat is dus een flinke geruststelling voor theoretici.’

Quantumchromodynamica

Het resultaat werd bekendgemaakt bij de European Physical Society Conference on High Energy Physics in het Italiaanse Venetië. De statistische significantie is meer dan 7 sigma – waarbij sigma een maat is die aangeeft hoe zeker onderzoekers van het resultaat zijn. Gewoonlijk beschouwen fysici alles boven de 5 sigma als een onomstotelijke ontdekking. Het SELEX-resultaat kwam slechts tot 4,8 sigma.

LEESTIP! Lees alles over nog onontdekte deeltjes in De deeltjessafari van Jean-Paul Keulen. Bestel het boek in onze webshop!

Fysici hopen dat ze door het nieuwe deeltje te bestuderen de theorie van quantumchromodynamica kunnen testen. Deze theorie beschrijft de sterke kernkracht, de kracht die de quarks in baryonen bij elkaar houdt. Omdat XiCC++ het eerste baryon is met twee zware quarks, zal het de theorie in een nieuwe richting duwen. ‘Als je twee van die zware deeltjes met een lichter quark verenigt, stelt dat de theorie echt op de proef’, zegt Stone. ‘Het is een mooi resultaat.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Jacob Aron en Leah Crane

Jacob Aron en Leah Crane schrijven als wetenschapsjournalist voor de Engelse New Scientist.



Plaats een reactie