Fysici ontdekken nieuw, exotisch deeltje met vier 'smaken' quarks

Vijf jaar nadat de grote Tevatron-versneller van Fermilab in Batavia, Illinois, werd stopgezet heeft een van de deeltjesexperimenten daar toch nog een opmerkelijk resultaat gebaard. In de verzamelde data hebben de onderzoekers van de DZero-detector na lange analyses een nieuw en zeer exotisch deeltje ontdekt, dat liefst zesmaal zo zwaar is als een enkele waterstofkern.

Tetraquark, op gebouwd uit vier verschillende quarks en zo zwaar als zes waterstofkernen. Beeld FNAL
Tetraquark, op gebouwd uit vier verschillende quarks en zo zwaar als zes waterstofkernen.Beeld FNAL

'Het lijkt erop dat er nog meer combinaties mogelijk zijn met de LEGO van de deeltjeswereld', zegt de Nijmeegse deeltjesfysicus Nicolo de Groot, zelf niet bij DZero betrokken. Nederland participeerde destijds via Nijmegen wel in DZero; enkele van de honderden auteurs van de ontdekking zijn Nederlands, onder wie de huidige CERN-raadvoorzitter Sijbrand de Jong. Het Amerikaanse lab heeft eind vorige week de vondst bekend gemaakt; het gaat om een echte ontdekking, die statistisch als een paal boven water staat. Het nieuwe deeltje met de prozaïsche naam X(5568) bestaat uit vier zogeheten quarks en is daarmee geen gewone materie, waarin alleen drietallen voorkomen. Het deeltje spat in minder dan een oogwenk alweer uit elkaar.

Alle protonen en neutronen in gewone atoomkernen bestaan uit drietallen quarks. Van zulke quarks zijn zes soorten bekend (fysici noemen het grappend 'smaken'). Voor alledaagse materie doen alleen de twee lichtste ertoe: up en down. In X(5568) zitten behalve een up en een down, ook een strange en botton quark.

Volgens De Groot is vooral de combinatie van vier verschillende quarks een echte primeur. Dat is zelfs zo bijzonder dat hij lichtelijk twijfelt of het gevonden 'deeltje' in werkelijkheid niet uit twee tweetallen van quarks (zogeheten mesonen) bestaat, die iets langer dan normaal bij elkaar blijven hangen. 'Ongeveer zoals een heliumkern uit twee echte deeltjes bestaat.'

Pentaquark

Het nieuws is hoe dan ook een aansporing voor anderen om in eigen metingen naar sporen van hetzelfde deeltje te zoeken, zegt Patrick Koppenburg van CERN enthousiast. Hij is nauw betrokken bij het LHCb-experiment in Genève, waarmee vorig jaar ook al een zogeheten pentaquark werd gevonden: de eerste combinatie van maar liefst vijf quarks. 'We zijn meteen aan de slag gegaan', vertelt hij. Als het signaal zo hard is als Fermilab claimt, moet het ook in Genève te vinden zijn.

Het nieuwe deeltje, benadrukt Koppenburg, valt niet buiten de gebruikelijke schema's van de deeltjesfysica. 'Het past binnen de theorie van de sterke kernkrachten, alleen was het tot nog toe nooit gezien.' Een goed begrip van het nieuwe deeltje is vooral belangrijk omdat het verval ervan anders roet in het eten gooit bij de speurtocht naar deeltjes die echt niet in de standaard natuurkunde passen.

De Tevratron-deeltjesversneller in Batavia, Illinois, die in 2011 werd gesloten. Beeld  FERMILAB
De Tevratron-deeltjesversneller in Batavia, Illinois, die in 2011 werd gesloten.Beeld FERMILAB

Nieuwe vormen van materie

Nieuwe exotische combinaties van quarks trekken hoe dan ook de aandacht van natuurkundigen, omdat ze in theorie ook tot wonderlijke nieuwe vormen van materie kunnen leiden. Zo wordt er wel gespeculeerd dat de donkere materie in het heelal, die niet te zien is maar wel zwaartekracht geeft, uit blobs quarks en antiquarks zou kunnen bestaan. Die geven geen licht, maar hebben wel flink wat massa.

Dat een experiment vijf jaar na sluiting nog resultaten geeft, is overigens niet heel gek, zegt De Groot. 'Na de stop van de Tevatron zijn er veel mensen vertrokken en heeft de rest eerst nog een tijdlang vooral geprobeerd toch ergens een glimp van het Higgsdeeltje te zien. Dit was kennelijk even blijven liggen.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden