Uit oude data van de deeltjesversneller Tevatron is bewijs gevonden voor een deeltje dat bestaat uit vier verschillende quarks.

Hij staat alweer bijna vijf jaar uit, maar dat betekent niet dat we er niets meer van zullen horen: de deeltjesversneller Tevatron van het Amerikaanse Fermilab. Natuurkundigen hebben namelijk bekendgemaakt dat ze in de oude data van het Tevatron-experiment DZero tekenen hebben gevonden voor een nieuw deeltje: een zogenoemde tetraquark, die uit vier verschillende quarks bestaat.

Lego-steentjes

Quarks zijn de Lego-steentjes van de natuur: elementaire deeltjes die kunnen worden samengevoegd tot grotere deeltjes. Tot voor kort wisten we dat dit in elk geval kan op twee manieren. Ten eerste kun je drie quarks combineren om een deeltje zoals een proton of een neutron te krijgen. Ten tweede kun je een quark en een anti-quark combineren. Maar de laatste jaren is duidelijk geworden dat je ook combinaties kunt maken van vier of vijf quarks en anti-quarks: de zogenoemde tetra- en pentaquarks (‘tetra’ is Grieks voor vier, ‘penta’ voor vijf).

Het nieuwe deeltje dat met behulp van de Tevatron-data is blootgelegd, genaamd X(5568), is er dus eentje uit de categorie ‘tetraquark’. Niet het eerste voorbeeld overigens; die eer gaat naar het deeltje X(3872), dat in 2003 al opdook in deeltjesexperimenten. Maar het nieuwe deeltje is wel de eerste tetraquark die uit vier verschillende quarks bestaat.

Er zijn in totaal zes smaken quark: up, down, strange, charm, bottom en top. Bovendien is er voor elke quark een corresponderend antideeltje: anti-up, anti-down, anti-strange, anti-charm, anti-bottom en anti-top. De nieuwe quark bestaat ofwel uit bottom, anti-strange, up en anti-down, ofwel uit anti-bottom, strange, up en anti-down. Welke van de twee X(5568) is, is op basis van de Tevatron-data nog niet te zeggen.

Postume ontdekking

Mogelijk kan het nieuwe deeltje worden bevestigd door LHCb, een van de vier grote experimenten rond de deeltjesversneller LHC bij Genève. “We gaan er ook zeker naar zoeken”, zegt natuurkundige Patrick Koppenburg, een van de tetra- en pentaquark-experts van het LHCb-team. “Maar onder andere doordat wij naar een andere energie kijken, is er geen garantie dat wij het deeltje kunnen zien.” Maar áls LHCb het deeltje ziet, zal ook gelijk kunnen worden bepaald wat precies de quark-samenstelling is, zegt Koppenburg.

Wetenschappelijk gezien is de nieuwe tetraquark vooral interessant omdat we de kracht die quarks bij elkaar houdt – de zogenoemde sterke kracht – nog niet helemaal snappen. En elke nieuwe quark-combi vertelt ons daar meer over, zegt Koppenburg. Daarnaast is het natuurlijk mooi dat een versneller als Tevatron zelfs jaren nadat hij definitief werd uitgezet nog af en toe een ontdekking op zijn naam kan schrijven.

Bronnen: ArXiv.org, Scientific American

Beeld: Reidar Hahn