Proton bevat waarschijnlijk ook middelzware charm-quarks

Een internationaal onderzoeksteam heeft het eerste bewijs gevonden dat in het proton niet alleen up- en down-quarks voorkomen, maar ook middelzware charm-quarks.

Trefwoorden: #CERN, #proton, #quark

Lees verder

research

( Foto: Nikhef )

ENGINEERINGNET.BE - Protonen bestaan volgens de deeltjesfysica in principe uit een drietal quarks: twee up- en een down-quark, die door gluonen bij elkaar worden gehouden. In de schimmige quantumwereld is het echter niet uitgesloten dat heel kort ook andere quarks ontstaan en weer verdwijnen, samen met hun antideeltje.

Bijvoorbeeld het charm-quark, zo’n duizend keer zwaarder dan een up-quark, aldus de NNPDF-samenwerking (neural network parton distribution function). Zij gebruiken AI om metingen aan protonen uit allerlei experimenten te combineren en te analyseren. Dat vereist ook de beste theoretische modellen voor het proton.

Hun nieuwe analyse heeft een waarschijnlijkheid van 3 sigma dat er charm-quarks in het proton zitten. “Dat is wat we een serieuze aanwijzing noemen in de deeltjesfysica”, zegt theoretisch natuurkundige Juan Rojo van Nikhef en de Vrije Universiteit.

Dit resultaat is ook te danken aan een meting van het LHCb-experiment met de LHC-versneller op CERN, dat vorig jaar eveneens aanwijzingen zag voor charm-quarks in protonen.

Het nieuwe resultaat betekent dat in het proton van circa 1 GeV massa nu en dan spontaan charm-quarks en hun antideeltje opduiken, die een massa hebben van 1,3 GeV elk. Een olifant die soms heel kort opduikt in een mug.

In de jacht op charm in het proton zijn eigenlijk twee effecten in het spel, weten de theoretici van NNPDF. De meeste gegevens over de quarks in protonen komen van botsende protonen in versnellers. Daarbij voert de beweging van de botsende protonen zo veel energie aan, dat daaruit soms zware quarks en hun antideeltje kunnen ontstaan.

De onderzoekers gaat het echter om wat heet de intrinsieke charm-aanwezigheid in het proton: charm-quarks die van nature nu en dan in het onverstoorde proton opduiken. Het gaat wel om een heel zeldzaam verschijnsel: minder dan een procent van de energie van het kerndeeltje is aan charm toe te schrijven, blijkt uit de analyse.

Toch kan het kleine effect ook voor de deeltjesfysica zelf van groot belang blijken, denkt Rojo. “In de experimenten op CERN schieten we protonen op elkaar en zoeken we naar subtiele afwijkingen die op nieuwe deeltjes of krachten kunnen wijzen. Dat kan alleen als je perfect begrijpt wat je op elkaar schiet. Precies daarin hebben we nu een nieuwe stap gezet.”