Bij de botsingen van protonen in de LHC-versneller op CERN zijn niet alleen de up- en down-quarks in het proton van belang, maar soms ook zwaardere quarks zoals het strange quark. Dat blijkt uit een nieuwe analyse van botsingen in de ATLAS-detector.
De bevindingen van de ATLAS-samenwerking, waarvan voor Nederland ook Nikhef deel uitmaakt, zijn online gepubliceerd. De metingen hebben betrekking op de verdeling van de bewegingsenergie van een proton over de quarks waaruit dat is opgebouwd. Deze bestanddelen worden partonen genoemd. De verdeling ervan heet de parton distributie functie of kortweg PDF.
Traditioneel wordt ervanuit gegaan dat een proton bestaat uit drie lichte quarks: twee up-quarks en een down, die door gluonen bij elkaar gehouden worden. Dat beeld komt inderdaad naar voren uit botsingen van puntdeeltjes als het elektron met protonen, bijvoorbeeld bij de vroegere HERA-versneller op DESY in Hamburg, Duitsland.
Maar bij rechtstreeks botsende protonen blijkt er meer aan de hand. Daarbij raken twee samengestelde deeltjes elkaar, zodat het belangrijk wordt hoe de bestanddelen elkaar raken en hoe. Uit twee botsende quarks kan bijvoorbeeld een higgsdeeltje ontstaan, of W- of Z-bosonen.
De quantumwetten staan wel toe dat in het proton ook kortstondig paren van zwaardere quarks en anti-quarks bestaan, maar dat de kans daarop pakweg half zo klein is. Theoretici van Nikhef zijn nauw betrokken bij zulke gecompliceerde berekeningen. Uit de metingen met ATLAS blijkt de kans op strange-quarks vooral bij lage protonenergie echter toch wat groter dan gedacht.
Dat is vooral belangrijk om de botsingen van protonen in de LHC goed te begrijpen en te berekenen welke nieuwe deeltjes daarbij kunnen ontstaan doordat quarks elkaar raken. De gemeten PDF’s zijn de meest nauwkeurige tot nog toe, maar moeten volgens ATLAS nog beter om eventuele nog onbekende deeltjes te ontdekken of afwijkingen van het Standaardmodel.
