Twee exotische deeltjes ontdekt bij Tevatron-versneller in de VS
Margriet van der Heijden

Bij de Tevatron-versneller van het Fermilab in Illinois in de Verenigde Staten zijn voor het eerst twee nieuwe exotische deeltjes waargenomen. De deeltjes zijn zware broers van de protonen en neutronen, de kerndeeltjes waar atoomkernen van alle ons omringende materie uit zijn opgebouwd. De vondst werd tijdens een openbare bijeenkomst bekendgemaakt door het internationale team van het zogeheten CDF-experiment bij de Tevatron-versneller. Het bestaan van de door hun ontdekte sigmab-deeltjes was voorspeld binnen het zogeheten Standaard Model van de elementaire deeltjes.

Foto-onderschrift:
De 6000 ton zware CDF-detector werd in 2001 aangepast.

De deeltjes werden gevonden in de reusachtige CDF-detector. Dit gevaarte, 6000 ton zwaar en zo hoog als een huis met drie verdiepingen, staat onder de grond bij het Tevatron, op dit moment de krachtigste deeltjesversneller op aarde.

Het Tevatron zelf is een ondergrondse ring, met een omtrek van bijna 4,5 kilometer. Protonen en hun antideeltjes, antiprotonen, reizen er met bijna de lichtsnelheid in tegengestelde richting in rond.

Door de (anti)protonen vervolgens zo te sturen dat ze in het hart van de detector op elkaar botsen, kunnen natuurkundigen de samenstelling van materie op uiterst kleine schalen onderzoeken. De versneller werkt zo als een krachtige microscoop, maar dat is niet het enige: bij de botsing komt ook zoveel energie vrij dat kortstondig omstandigheden worden gecreëerd die lijken op de situatie kort na de oerknal. Met zeer hoge temperaturen en dichtopeengepakte materie dus. Uit de vrijkomende energie bij de botsing ontstaan bovendien allerlei deeltjes, volgens Einsteins principe dat energie equivalent is met massa (deeltjes).

Het Tevatron bleek krachtig genoeg om de betrekkelijk zware sigmab-deeltjes te creëren die ook kort na de oerknal in het heelal moeten zijn voorgekomen. Het gaat om deeltjes die net als de gewone kerndeeltjes (de protonen en neutronen) opgebouwd zijn uit drie quarks. Maar terwijl de protonen en neutronen uitsluitend uit doorsnee up- en downquarks bestaan, is in de nieuwe deeltjes één zon quark vervangen door een veel zwaarder en minder regulier bottom-quark.

Er moest de nodige energie in worden gestoken om dat voor elkaar te krijgen. Uit duizenden miljarden deeltjesbotsingen wist het CDF-team uiteindelijk ruim honderd positief geladen en ruim honderd negatief geladen sigmab-deeltjes te filteren. De deeltjes waren zeer instabiel en leefden slechts een fractie van een seconde. Maar de kans dat de meting niet klopt, is volgens de onderzoekers toch kleiner dan één op miljard maal miljard.