De zaak lijkt stabiel, compact, bijna voor de hand liggend. Tafels, lichamen, lucht: alles lijkt solide, continu, betrouwbaar. Dan gaan we onder de oppervlakte, naar het onzichtbare niveau van deeltjes, en dat evenwicht begint al zijn kwetsbaarheid te tonen. Het is daar dat CERN in Genève een nieuw subatomair deeltje heeft geïdentificeerd, genaamd Xi-cc-plus, een klein en zeer zeldzaam object dat een belangrijk stuk toevoegt aan het begrip van hoe materie werkelijk werkt.
De ontdekking komt van de Large Hadron Collider, de grootste deeltjesversneller die er bestaat. Hier botsen protonen die met zeer hoge snelheid worden gelanceerd met elkaar, waardoor een regen van fragmenten ontstaat. Onder deze fragmenten verscheen gedurende een oneindig kleine tijd ook de Xi-cc-plus.
Binnenin de gigantische versneller bij CERN
De Large Hadron Collider is een 27 kilometer lange ondergrondse ring, gebouwd om de diepste structuur van materie te bestuderen. Wanneer deeltjes met zeer hoge energie botsen, wordt de energie omgezet in nieuwe materie, net zoals onmiddellijk na de oerknal gebeurde. Onder deze omstandigheden ontstaan onstabiele deeltjes, die slechts een fractie van een seconde bestaan en vervolgens verdwijnen.
De Xi-cc-plus werd zomaar waargenomen, in botsingsresten. Onderzoekers zien het niet direct, maar reconstrueren de aanwezigheid ervan door te analyseren wat het achterlaat als het uiteenvalt. Het is een werk van uiterste precisie, opgebouwd uit sporen, signalen en reconstructies.
Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt door LHCb, een van de experimenten van CERN, onlangs bijgewerkt om het vermogen om grote hoeveelheden gegevens te analyseren te verbeteren. Dankzij deze update werd het deeltje duidelijk geïdentificeerd.
De Xi-cc-plus lijkt op een proton, maar bevat zwaardere componenten
Om te begrijpen wat dit deeltje bijzonder maakt, kunnen we uitgaan van een bekend element: het proton. Het is een van de fundamentele bouwstenen van atomen en bestaat uit drie nog kleinere deeltjes die quarks worden genoemd: twee ‘omhoog’ en één ‘omlaag’.
De Xi-cc-plus handhaaft deze drie-quarkstructuur, maar verandert twee fundamentele componenten. In plaats van de ‘up’-quarks bevat het twee charm-quarks, die veel zwaarder zijn. Dit maakt het ongeveer vier keer zo zwaar als een proton.
Het bestaan ervan duurt heel kort, minder dan een miljoenste van een miljoenste van een seconde. Onmiddellijk daarna verandert het in lichtere deeltjes. Ondanks deze extreem korte levensduur is de Xi-cc-plus erg belangrijk omdat het wetenschappers in staat stelt de sterke kernkracht, die quarks bij elkaar houdt en bijgevolg het bestaan van atomen mogelijk maakt, beter te bestuderen.
Deze ontdekking completeert ook een beeld dat begon in 2017, toen een zeer vergelijkbaar deeltje, het Xi-cc-plus-plus, werd waargenomen. Het nieuwe deeltje werd theoretisch voorspeld, maar experimentele bevestiging ontbrak nog steeds. Nu is die voorspelling bevestigd.
Elk nieuw deeltje dat bij CERN wordt waargenomen, verandert het dagelijks leven niet onmiddellijk, maar maakt het functioneren van de wereld op een dieper niveau duidelijker. En als we beter begrijpen wat materie bij elkaar houdt, groeit ook het vermogen om verschijnselen te verklaren die tot voor kort alleen maar hypothesen bleven.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
