Een Japans en een Chinees experiment hebben tekenen gezien van een exotisch deeltje dat uit maar liefst vier quarks zou bestaan.
Quarks zijn deeltjes die de bestanddelen vormen van andere deeltjes. Normaal gesproken zijn er bij het samenstellen van deeltjes uit quarks twee opties. Optie één is drie quarks op een hoopje vegen. Zo maak je bijvoorbeeld een proton of een neutron, de deeltjes die op hun beurt weer de bestanddelen zijn van atoomkernen. Optie twee is één quark en één antiquark combineren. Je krijgt dan een zogenoemd meson. Maar het Japanse experiment Belle en het Chinese experiment BESIII (zie foto) hebben nu mogelijk een derde optie gezien: een deeltje dat uit twee quarks en twee antiquarks bestaat.
Mysterieus deeltje
Het nieuwe deeltje kwam bovendrijven bij het onderzoek naar een ander mysterieus deeltje: het in 2005 aangetroffen Y(4260)-deeltje (waarbij het getal 4260 de massa weergeeft). Dit deeltje – dat maar een fractie van een seconde bestaat – lijkt in sommige gevallen te vervallen tot een ander deeltje, Z(3900) genaamd. En om dat laatste deeltje gaat het.
De grap is dat we weten dat het Z(3900)-deeltje sowieso een quark bevat van een bepaald type én een antiquark van hetzelfde type. Omdat een deeltje en zijn antideeltje altijd een tegengestelde elektrische lading hebben, is deze combinatie van quark en antiquark samen elektrisch neutraal. Maar uit de Belle- en BESIII-resultaten kunnen we concluderen dat Z(3900) een elektrische lading heeft. Er moet dus nog iets in Z(3900) zitten dat het deeltje van die lading voorziet. En dat ‘nog iets’ zouden een extra quark en een extra antiquark kunnen zijn. (Die dan wel verschillend van elkaar moeten zijn, anders zou ook die twee samen elektrisch neutraal zijn.)
Eerste tetraquark?
Blijkt dit inderdaad het geval, dan zou het Z(3900)-deeltje het eerste bevestigde voorbeeld zijn van een tetraquark (waarbij tetra Grieks is voor vier). Maar er zijn ook minder exotische mogelijkheden. Het kan bijvoorbeeld dat Z(3900) eigenlijk niet één deeltje is dat twee quarks en twee antiquarks bevat, maar een combinatie van twee deeltjes die elk uit één quark en één antiquark bestaan. Toekomstige experimenten – of theoretische stappen voorwaarts – zullen het pleit moeten beslechten.
Bronnen: Physical Review Letters (1), Physical Review Letters (2), APS Physics
Beeld: BESIII