Het ATLAS-experiment (afb: CERN)
Onderzoekers van de universiteit van Hamburg en van DESY zouden het bewijs hebben gevonden voor het ongrijpbare toponiumdeeltje. Deze ontdekking zou de fundamentele structuur van alle materie nog gedetailleerder kunnen beschrijven. Ik(=as) vraag me dan af hoeveel deeltjes we nog te gaan hebben.Wetenschappers van de universiteit van Hamburg (UHH) en het elektronensynchrotron van DESY (de DSY in dit letterwoord), die samenwerken in het project ‘kwantumheelal’ van de UHH, hebben in twee experimenten bij de grote hadronbotser (LHC) van CERN signalen gevonden die wijzen op een extreem zeldzaam deeltje genaamd toponium, een gebonden toestand van een topquark en zijn antideeltje (dus geen elementair deeltje, zegt deze leek).
De topquark is het zwaarste van alle bekende elementaire deeltjes. Het ontstaat bij botsingen in de LHC, maar is zo zwaar en instabiel dat het doorgaans in minder dan een biljardste van een seconde vervalt. Tot nu toe werd aangenomen dat het deeltje zo snel verdwijnt dat een fusie met zijn antideeltje tot een gebonden toestand niet kon worden gedetecteerd. De nieuwe meetresultaten trekken deze aanname in twijfel.
“Dit is een van die momenten waarop de natuur onze verwachtingen omverwerpt,
omdat we er zeker van waren dat zo’n deeltje niet kon worden waargenomen, zeker niet onder omstandigheden zoals die bij de LHC”, zegt Alexander Grohsjean. “Dit resultaat zou de leerboeken kunnen herschrijven”, voegt medeonderzoeker Christian Schwanenberger eraan toe, hoogleraar experimentele fysica aan de universiteit van Hamburg. “Het zet vraagtekens bij wat generaties natuurkundigen als vanzelfsprekend hebben beschouwd.”
De ontdekking werd onafhankelijk van elkaar gedaan in de diverse experimenten. Ze waren in staat een groter aantal topquarks en hun tegenhangers met ongewoon lage kinetische energie te meten. In deze bijzondere constellatie is er voldoende tijd om elkaar aan te trekken en kortstondig een deeltje zoals toponium te vormen.
De eerste aanwijzingen hiervoor verschenen in het zogeheten CMS-experiment in 2016, met verdere gegevens uit 2017 en 2018 die het signaal versterkten. Nu heeft het ATLAS-experiment het verband bevestigd met eigen gegevens. De resultaten werden gepresenteerd op de conferentie over hoge-energiefysica van de Europese natuurkundige vereniging en is vervolgens besproken in een speciaal colloquium binnen het ‘kwantumheelal-project’.
Precisie
“Het gaat niet alleen om het ontdekken van een nieuw deeltje”, zegt Laurids Jeppe, promovendus aan de universiteit van Hamburg en onderdeel van het CMS-team bij DESY. “Het laat zien dat we nu een precisieniveau hebben bereikt dat zelfs de zeldzaamste en meest vluchtige processen in de natuur meetbaar maakt.”
Nu is het tijd om het signaal nader te onderzoeken. “De LHC verzamelt momenteel opnieuw nieuwe gegevens, een verdrievoudiging van onze gegevensbestand”, legt Katharina Behr van het ATLAS-experiment bij DESY uit. “Dit stelt ons in staat om toponium nog nauwkeuriger te bestuderen.”
Met toponium zou natuurkundigen een nieuw instrument hebben om de sterke wisselwerking (sterke kernkracht) te bestuderen; een van de vier fundamentele natuurkrachten die quarks in protonen en neutronen bindt. Tegelijkertijd werpt het nieuw licht op het gedrag van de topquark zelf, dat aanzienlijk verschilt van dat van zijn lichtere verwanten. Theoretisch natuurkundigen van de universiteit van Hamburg en DESY onderzoeken nu waarom dit zo is en welke modellen dit zouden kunnen beschrijven.
Bron: idw-online.de