Quarks komen nu ook per vijf
Na vijftig jaar zoeken is eindelijk een pentaquark gevonden.
Europese natuurkundigen denken een pentaquark te hebben gezien: een deeltje bestaande uit vijf quarks. Dat is een primeur, want quarks komen normaal enkel voor in groepjes van twee of drie. Maar analyse van botsingsgegevens van de Europese deeltjesversneller LHC wijst erop dat zeker één, en misschien twee pentaquarks uit zo’n botsing zijn voortgekomen. Quarks zijn samen met elektronen de kleinste bouwsteentjes van de materie. Ze komen nooit in hun eentje voor: ze worden door een extreem sterke kracht, de ‘ sterke interactie’ in groepjes aan elkaar gebonden. Groepjes van drie quarks zijn de protonen en neutronen – die zelf weer de bouwstenen van atoomkernen zijn. Groepjes van twee quarks zijn de zogeheten mesonen die deeltjesfysici in het lab kunnen aanmaken en bestuderen. In 2013 is ook een zeldzamer groepering van vier quarks waargenomen, een zogeheten tetraquark. Maar naar een verbond van vijf quarks, een ‘pentaquark”, werd vruchteloos gezocht sinds het bestaan ervan in 1964 op theoretische gronden was voorspeld. Volgens Cern, de Europese organisatie die fundamenteel onderzoek doet naar elementaire deeltjes, is zo’n pentaquark nu gesnapt. In een grafiek die het verval van miljarden subatomaire deeltjes weergeeft, zit één veelbetekenende knik die alleen maar door een vijfquarksdeeltje kan worden verklaard. Eigenlijk gaat het om vier quarks en een antiquark, want de waargenomen pentaquark bestaat uit twee op-quarks, een neerquark, een tover-quark en een anti-tover-quark.
Reeks
Mogelijk is de pas ontdekte pentaquark de eerste van een hele reeks groepjes van vijf quarks. Er zijn namelijk zes verschillende quarks (met de namen op, neer, vreemd, tover, top en bodem), dus daar zijn heel wat combinaties van vijf quarks mee samen te stellen. ‘ Nu we weten dat de vijf-quark in de natuur voorkomt, zou het bizar zijn als hij alleen maar in deze ene combinatie bestond’, zei Cernwoordvoerder Wilkinson aan Science. ‘We moeten nu achter alle andere aan.’ LHC, ’ s werelds grootste deeltjesversneller in Genève, is een 27 kilometer lange ondergrondse ring die werd gebouwd in opdracht van Cern, een van ’s werelds grootste natuurkundelabs. Bundels van protonen vliegen met bijna de lichtsnelheid in twee richtingen door de ring, waarbij ze een miljard botsingen per seconde genereren. De banen van alle weg spattende brokstukken worden volautomatisch getrieerd op zoek naar ongewone gebeurtenissen die menselijke aandacht verdienen, zoals pentaquarks. Waarom het zo lang heeft moeten duren om een pentaquark te vinden, weet Wilkinson niet. ‘Er moeten er daarbuiten een hoop pentaquarks zijn’, zei hij aan Reuters. ‘ Maar uit onze analyse kwamen er niet meer dan twee. De ene was erg evident, de tweede wat moeilijker te zien.’ De Cern-fysici hebben het verslag van hun ontdekking aan het vakblad Physical Review Letters aangeboden ter publicatie.
Quarks zijn samen met elektronen de kleinste bouwsteentjes van de materie