Vandaag, het LHCb-experiment bij CERN presenteert een nieuwe ontdekking op de European Physical Society Conference on High Energy Physics (EPS-HEP). Het nieuwe deeltje ontdekt door LHCb, gelabeld als T _cc ⁺ , is een tetraquark - een exotisch hadron dat twee quarks en twee antiquarks bevat. Het is het langstlevende deeltje van exotische materie dat ooit is ontdekt, en de eerste die twee zware quarks en twee lichte antiquarks bevatte.

Quarks zijn de fundamentele bouwstenen waaruit materie is opgebouwd. Ze combineren om hadronen te vormen, namelijk baryonen, zoals het proton en het neutron, die uit drie quarks bestaan, en mesonen, die worden gevormd als quark-antiquark-paren. De laatste jaren is een aantal zogenaamde exotische hadronen – deeltjes met vier of vijf quarks, in plaats van de conventionele twee of drie zijn gevonden. De ontdekking van vandaag is van een bijzonder uniek exotisch hadron, een exotisch exotisch hadron als je wilt.

Het nieuwe deeltje bevat twee charm-quarks en een up- en een down-antiquark. Er zijn de afgelopen jaren verschillende tetraquarks ontdekt (waaronder een met twee charm-quarks en twee charm-antiquarks), maar dit is de eerste die twee charm-quarks bevat, zonder charme antiquarks om ze in evenwicht te brengen. Natuurkundigen noemen dit "open charme" (in dit geval "dubbele open charme"). Deeltjes die een charm-quark en een charm-antiquark bevatten, hebben een "verborgen charme" - het charm-kwantumgetal voor het hele deeltje is nul, net zoals een positieve en een negatieve elektrische lading zouden doen. Hier telt het charm-kwantumgetal op tot twee, dus het heeft twee keer zoveel charme!

Het quarkgehalte van T _cc ⁺ , heeft naast open charme nog andere interessante eigenschappen. Het is het eerste gevonden deeltje dat behoort tot een klasse van tetraquarks met twee zware quarks en twee lichte antiquarks. Dergelijke deeltjes vervallen door te transformeren in een paar mesonen, elk gevormd door een van de zware quarks en een van de lichte antiquarks. Volgens enkele theoretische voorspellingen, de massa van tetraquarks van dit type moet zeer dicht bij de som van de massa's van de twee mesonen liggen. Een dergelijke nabijheid in massa maakt het verval "moeilijk, " wat resulteert in een langere levensduur van het deeltje, en inderdaad T _cc ⁺ , is het langstlevende exotische hadron dat tot nu toe is gevonden.

De ontdekking maakt de weg vrij voor een zoektocht naar zwaardere deeltjes van hetzelfde type, waarbij een of twee charm-quarks worden vervangen door bottom-quarks. Vooral het deeltje met twee onderste quarks is interessant:volgens berekeningen de massa moet kleiner zijn dan de som van de massa's van elk paar B-mesonen. Dit zou het verval niet alleen onwaarschijnlijk maken, maar eigenlijk verboden:het deeltje zou niet kunnen vervallen via de sterke interactie en zou dit in plaats daarvan via de zwakke interactie moeten doen, die zijn levensduur enkele orden van grootte langer zou maken dan enig eerder waargenomen exotisch hadron.

De nieuwe T _cc ⁺ , tetraquark is een aantrekkelijk doelwit voor verder onderzoek. De deeltjes waarin het vervalt, zijn allemaal relatief gemakkelijk te detecteren en, in combinatie met de kleine hoeveelheid beschikbare energie in het verval, dit leidt tot een uitstekende precisie van zijn massa en maakt de studie van de kwantumgetallen van dit fascinerende deeltje mogelijk. Dit, beurtelings, kan een strenge test bieden voor bestaande theoretische modellen en zou zelfs mogelijk kunnen maken dat voorheen onbereikbare effecten worden onderzocht.