Je leest:

Niet zoals voorspeld

Niet zoals voorspeld

Auteur: | 22 juni 2004

Natuurkundigen van FermiLab in de VS hebben een nieuw deeltje in het vizier. Het heeft nog geen naam, is opgebouwd uit vreemde en onaardige quarks en gedraagt zich niet. A physicist’s wet dream.

De SELEX-groep (de Segmented Large X baryon Spectrometer is een van de meetopstellingen rond de deeltjesversneller) van het Amerikaanse FermiLab bij Chicago heeft iets prachtigs gevonden. Volgens deze natuurkundigen is tijdens een botsing in de Tevatron Collider héél eventjes een exotisch deeltje opgedoken. Het is opgebouwd uit een strange-quark en een anti-charm-quark. Deeltjes die uit een quark en anti-quark bestaan heten mesonen, en vervallen na een tijdje in andere deeltjes. Zo ook dit model, maar niet precies zoals de theorie voorspelde. Geweldig onderzoeksmateriaal dus.

Namenbrij

Quarks, mesonen, baryonen…het is maar een kleine greep uit de hoeveelheid namen voor de kleinste deeltjes. Quarks zijn de bouwstenen van bijvoorbeeld protonen en neutronen, die samen weer atoomkernen vormen. Een proton en een neutron bevatten allebei drie quarks. Deeltjes die uit drie quarks of anti-quarks bestaan, heten baryonen. Er zijn ook deeltjes met elk één quark en één anti-quark: de mesonen.

Enkele baryonen en mesonen met de samenstellende quarks. De ‘kleur’ van een quark is een grootheid die verschillende waarden kan hebben. Rood, groen of blauw zijn de kleuren van normale materie en de anti-deeltjes dragen de antikleuren: anti-rood (cyaan), anti-groen (magenta) of anti-blauw (geel). Een kleur en zijn anti-kleur samen leveren wit op, net als de (anti-)kleuren samen. De regel is, dat de kleur van het meson of baryon ‘wit’ moet zijn: dus rood + groen + blauw of rood + anti-rood zijn geldige combinaties, maar groen + blauw of rood + anti-groen niet. bron: prof. dr. G. ’t Hooft, Instituut voor Theoretische Fysica, Universiteit Utrecht

Hoewel er in totaal maar zes quarks en zes anti-quarks bestaan, met de namen up en down, charm en strange, top (of truth) en bottom (of beauty), zijn er allerlei combinaties van te maken: elke combinatie is weer een nieuw subatomair deeltje. Bij combineren houdt het niet op: J/Psi en Psi2 bestaan bijvoorbeeld allebei uit een charm en een anti-charm quark. Maar Psi2 bevat meer interne energie dan J/Psi en heeft daardoor heel andere eigenschappen. Mogelijkheden en deeltjes genoeg!

Christopher Hill, een theoretisch natuurkundige van het FermiLab, legt uit wat er zo speciaal is aan het nieuwe deeltje. “De quantum veldentheorie voorspelt doorgaans perfect hoe een deeltje zal vervallen,” zegt hij. “Dit nieuwe deeltje wijkt van die voorspellingen af.” Zo is de vervaltijd van het nieuwe meson drie keer zo lang als dat van lichtere mesonen. Meestal daalt de vervaltijd juist bij grotere massa’s; zwaardere deeltjes zijn instabieler en vallen sneller uiteen dan lichtere. De vervaltijd is niet de enige afwijking van de theorie: bij het verval in andere deeltjes komen zes keer zoveel eta-mesonen vrij als de theorie voorspelt. “Dit lijkt erop te wijzen dat hier een onbekend aspect van de sterke kernkracht aan het werk is,” aldus Hill. “Dit deeltje opent de deur naar nieuwe experimenten over de hele wereld!”

Energie en massa

Deeltjesfysici werken met de energiemaat elektronvolt. Massa is volgens Einstein’s beroemde E = mc2 niets anders dan een energie gedeeld door het kwadraat van de lichtsnelheid. Eén proton heeft een massa van 938 MeV/c2.

Het meson bestaat uit een strange-quark, die relatief licht zijn: 540 MeV/c2. Zijn partner, het anti-charm-quark, weegt veel meer: wel 1500 MeV/c2! Het samengestelde meson heeft een massa van 2635 MeV/c2. De extra massa is opgeslagen als beweging – trillingen van de quarks in het meson.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 juni 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.