Upton, New York (VS) – Natuurkundigen hebben een atoomkern met daarin twee strange-quarks gemaakt.


Wie met een extreem scherp mes een stukje materiaal in kleine stukjes deelt, krijgt uiteindelijk een molecuul. Het molecuul bestaat uit atomen, die zijn opgebouwd uit een kern met elektronen eromheen. Maar dan ben je er nog niet. In de kern zitten protonen (positief geladen) en neutronen (neutraal geladen). Deze kerndeeltjes zijn op hun beurt weer opgebouwd uit quarks, de kleinste deeltjes tot nu toe bekend.
Strange-quarks zijn niet zo raar als ze klinken. Er zijn namelijk zes soorten quarks en één daarvan draagt de naam strange. Met deze zes elementaire deeltjes kun je behalve neutronen en protonen nog een scala aan – meestal instabiele – deeltjes maken. Eén deeltje dat je kan samenstellen is het labda-deeltje dat onder andere uit een strange-quark bestaat. Vanwege de aanwezigheid van deze quark noemen fysici het labda-deeltje een strange-deeltje. Als een atoomkern zo’n deeltje bevat, heet hij op zijn beurt een strange-kern.
Natuurkundigen zoeken al veertig jaar naar een manier om op grote schaal strange-deeltjes te produceren voor onderzoek. Dit is de onderzoekers van het Brookhaven National Laboratory nu gelukt. Zij schieten een protonenstraal op een plaat wolfraam. De protonen botsen op de atoomkernen in het wolfraam en doorbij komen kaonen – kortlevende deeltjes – vrij. Deze kaonen botsen op hun beurt weer met een plaat beryllium even verderop. Hierbij ontstaan in de atoomkernen van het beryllium allerlei deeltjes waaronder soms twee labda-deeltjes.
Labda-deeltjes zijn instabiel. Ze vallen in minder dan een miljardste seconde uit elkaar in een proton en een pion. In tegenstelling tot het labda-deeltje kunnen fysici een pion wel makkelijk detecteren. Zo weten de onderzoekers indirect dat zij een strange-deeltje hebben gecreëerd. Dit is makkelijker gezegd dan gedaan. Tijdens een experiment komen honderd miljoen mogelijke labdacreaties voor. Bij één op de duizend mogelijkheden was er echt een strange-quark aanwezig. Dertig tot veertig maal was er echt spraken van een strange-kern waarmee onderzoekers iets kunnen. Computers doen deze bepalingen aan de hand van de richting en hoeveelheid energie van het wegschietende pion.
Nu er een betrouwbare methode is om labda-deeltjes te maken, kunnen natuurkundige ze isoleren en bestuderen. Hierdoor willen ze meer inzicht krijgen in de eigenschappen van neutronensterren (overleden sterren) en in de eigenschappen van strange-deeltjes in het algemeen.

Marijn Sandtke