De meeste bouwstenen van de materie zijn gebouwd uit twee of drie stevig met elkaar verbonden quarks, maar heel soms kunnen dat er ook vier zijn, of eventueel zelfs vijf. Het LHCb-experiment op CERN heeft nu aanwijzingen dat met vier quarks verschillende soorten objecten te bouwen zijn.
In een artikel online gepubliceerd op de Arxiv website publiceert LHCb de waarneming van een tot nog toe onbekende tetraquark, dat nu en dan ontstaat bij de botsingen van protonen in de LHC-versneller op CERN. In het artikel zijn alle meetreeksen tot nog toe met de LHC meegenomen.
De nieuwe tetraquark is opgebouwd uit liefst vier zogeheten charm-quarks (twee c-quarks en twee anti-c-quarks). Het is voor het eerst dat een tetraquark met vier gelijksoortige quarks wordt gezien. ‘Alleen dat maakt dit al heel bijzonder’, zegt Patrick Koppenburg van de LHCb-groep van Nikhef, dat overigens niet aan deze analyses werkte.
Het object valt snel uit elkaar in twee zogeheten J/Psi-deeltjes waarvan de sporen in de detector te zien zijn. Het gaat hier om een zeldzaam proces. De pieken in de bijbehorende grafieken zijn hooguit een paar honderd deeltjes hoog. Naalden in een hooiberg van metingen, zegt Koppenburg.
Het nieuwe deeltje werpt hoe dan ook licht op een felle discussie onder theoretici over de aard van tetraquarks. Er zijn twee scholen, zegt Koppenburg, die zichzelf in dit opzicht nadrukkelijk een agnost noemt.
De ene school denkt dat het om molecuulachtige objecten gaat waarin twee deeltjes met elk twee quarks (mesonen) om elkaar heen bewegen. In de andere school is het idee dat de vier quarks echt als een viertal worden vastgehouden door gluonen in het deeltje.
Het nieuwe cccc-deeltje lijkt op een voorbeeld van dat laatste: vier door gluonen samengebonden quarks, zegt Koppenburg. Enkele weken geleden verscheen een nieuwe analyse door LHCb van een al in 2003 ontdekt tetraquark X(3872) dat zich juist veel meer als een molecuul van twee mesonen gedraagt.
Koppenburg: ‘Eigenlijk lijkt het erop dat er twee typen tetraquarks bestaan. De molecuulachtige. En de sterkgebonden viertallen. Of dat de discussie wegneemt of juist aanwakkert weet ik overigens niet. Ik zeg: beide kan kloppen en beide kan passen in het standaardmodel.’
De discussie over tetraquarks is een gevolg van het probleem dat de theorie nog steeds heeft met de sterke kernkracht, de kracht waarmee de quarks in kerndeeltjes superstrak bij elkaar worden gehouden. Het principe daarvan is theoretisch welbegrepen, er zijn Nobelprijzen voor uitgedeeld. Maar echte berekeningen aan vier quarks en omliggende gluonen blijken in de praktijk een nachtmerrie.
‘In feite weten we wel hoe maar niet echt waarom quarks bij elkaar blijven’, zegt Koppenburg. Volgens hem is het zaak om de nieuwe tetraquarks in de komende jaren verder te bestuderen, als de LHC-versneller intensere bundels gaat leveren.
