De pentaquark, een deeltjesklasse die natuurkundigen in 2015 ontdekten met behulp van de Large Hadron Collider (LHC), begint zijn geheimen prijs te geven. Nieuwe meetgegevens laten zien dat pentaquarks bestaan uit twee kleinere deeltjes: een baryon en een meson. Die zitten aan elkaar geplakt en vormen zo een soort mini-molecuul.

Quarks zijn kleine, ondeelbare deeltjes die alleen voorkomen als bouwstenen van grotere deeltjes. Tot 2015 kenden we van deeltjes die uit quarks bestaan slechts twee varianten: baryonen en mesonen. Baryonen, waaronder de bekende protonen en neutronen, bestaan uit drie quarks. Mesonen bestaan uit een quark en een antiquark. De recent ontdekte pentaquarks bestaan echter uit maar liefst vijf quarks.

‘We zijn gemaakt van quarks, maar dan wel van iets eenvoudigere verzamelingen quarks dan pentaquarks’, zegt Tomasz Skwarnicki van de Syracuse University in New York.

Op jacht naar geluk
LEES OOK
Op jacht naar geluk

Twee plus drie

De pentaquark wist decennialang verborgen te blijven voor deeltjesdetectoren, totdat natuurkundigen in 2015 het bestaan ervan bevestigden met de deeltjesversneller van CERN. Bij het LHCb-experiment knalden Skwarnicki en zijn collega’s protonen op elkaar bij extreem hoge energieën. Daardoor spatten de protonen uiteen in brokstukken.

Dankzij upgrades aan de LHC hadden de natuurkundigen sinds kort negen keer meer meetgegevens tot hun beschikking dan voorheen. Ze ontdekten dat pentaquarks zijn gemaakt van een baryon (van drie quarks) die vastzit aan een meson (een quark en een antiquark). ‘Dit is enigszins analoog aan hoe moleculen zijn opgebouwd uit verschillende atomen’, zegt Skwarnicki.

Pentaquark
Bij de ontdekking in 2015 was nog onduidelijk of de vijf quarks in pentaquarks echt een geheel vormen, of dat ze bestaan uit een baryon-meson-koppel zoals hier. Beeld: CERN

Tot nog toe was er geen bewijs dat baryonen en mesonen aan elkaar kunnen hechten. Hoewel dat misschien geen grote verrassing is: we wisten wel al dat baryonen aan elkaar kunnen blijven plakken. Als dat niet mogelijk zou zijn, waren wij er niet geweest.

De grenzen van het standaardmodel

‘Dit is min of meer het laatste onontdekte gebied in het standaardmodel van de deeltjesfysica, waar we te maken hebben met deeltjes waarvan we niet zeker wisten of ze zouden bestaan’, zegt Skwarnicki. ‘Voor dit specifieke probleem, het maken van deeltjes uit veel quarks, is de theorie op dit moment gewoon nog nutteloos.’

Als pentaquarks nog meer geheimen te onthullen hebben, zullen verdere experimenten ze aan het licht brengen.