Twee (mogelijk zelfs drie) nieuwe deeltjes gespot in de LHCb-detector

1 april 2020

Tussen de brokstukken die de LHCb-detector op CERN registreert van protonbotsingen in de Large Hadron Collider zijn zeker twee tot nog toe onbekende deeltjes gevonden.

Het betreft zogeheten baryonen, materiedeeltjes met drie quarks waarvan er een extra zwaar is, een charm- of beautyquark denken de onderzoekers. Hun artikel verscheen maandag online op arxiv.

Gewone kerndeeltjes als protonen en neutronen zijn opgebouwd uit drie lichte up- en down-quarks en hun antiquarks, bijeengehouden door gluonen. Bij protonbotsingen met veel energie ontstaan echter nu en dan ook zwaardere quarks zoals charm en beauty.

Als zulke zwaardere quarks met up- of down-quarks een drietal vormen ontstaan kortlevende deeltjes, waarvan sporen in een grote detector als LHCb kunnen worden waargenomen.

In principe beschrijft de theorie van de sterke wisselwerking zulke ongewone deeltjes, maar de berekeningen zijn zeer gecompliceerd. Door het grote massaverschil tussen de quarks in deze deeltjes is het rekenwerk eenvoudiger. Zulke deeltjes kunnen daarom goed helpen de theorie te testen, zegt Merk.

De deeltjes geven in de metingen piekjes die met slimme technieken uit de achtergrondruis te vissen zijn. In de metingen zijn drie onbekende piekjes te zien, bij een massa van 2923, 2939 en 2965 MeV. Dat is meer dan driemaal zo zwaar als het proton zelf.

De twee eerste zijn zeker nieuw, zegt LHCb-fysicus Patrick Koppenburg van Nikhef. De derde piek zou ook nog een energieke versie (een aangeslagen toestand) van een bekend piekje kunnen zijn, zegt hij voorzichtig. Koppenburg houdt een speciale catalogus bij van exotische deeltjes uit het experiment die voor theoretici van groot belang is.

Volgens groepsleider prof Marcel Merk van de LHCb-groep op Nikhef is de ontdekking van de onbekende deeltjes zeker bijzonder. ‘Het gooit zeker niet het hele Standaardmodel overhoop, zoals mensen altijd meteen hopen. Maar het zijn wel helemaal nieuwe deeltjes om onze quarktheorieën verder mee aan te scherpen.’

Het artikel over de ontdekking is gebaseerd op een analyse van LHCb-meetgegevens door onder meer de Nederlandse fysicus Emmy Gabriel die sinds 1 april werkt voor de LHCb-groep op Nikhef. Deze specifieke analyse vormde de basis voor haar proefschrift voor de universiteit van Edinburgh, waarop ze later deze maand in Schotland promoveert.