Theoretici van de Universiteit van Pittsburgh en de Universiteit van Swansea hebben aangetoond dat recente experimentele resultaten van de CERN-versneller sterk bewijs leveren voor een nieuwe vorm van materie.

Het experiment op CERN, de locatie van 's werelds meest energieke deeltjesversneller, onderzocht een zwaar deeltje genaamd Lambda b dat vervalt tot lichtere deeltjes, waaronder het bekende proton en de beroemde J/psi, ontdekt in 1974.

In een artikel dat vandaag online is gepubliceerd in Physical Review D , beweren natuurkundigen Tim Burns van Swansea in Wales en Eric Swanson van Pitt dat de gegevens alleen kunnen worden begrepen als er een nieuw type materie bestaat.

Het grootste deel van de waarneembare massa van het universum is afkomstig van deeltjes die quarks worden genoemd en die samen het bekende proton en neutron vormen en een hele reeks andere deeltjes die veel sterker op elkaar inwerken dan elektronen of neutrino's. Deze sterk op elkaar inwerkende deeltjes staan ​​gezamenlijk bekend als hadronen, beschreven in de Quantum Chromodynamics-theorie. Ook al nadert deze theorie zijn 50e verjaardag, het blijft notoir moeilijk om de innerlijke werking ervan te onderscheiden.

"Quantum Chromodynamica is het probleemkind van het standaardmodel," zei Swanson. "Om te leren wat het zegt over hadronen, moeten de snelste computers ter wereld jarenlang worden gebruikt, waardoor het moeilijk is om de tientallen vragen te beantwoorden die dit ene experiment oproept."

Om deze reden is het doen van experimenten met hadronen - en het correct interpreteren van de resultaten - van vitaal belang voor het begrijpen van Quantum Chromodynamics.

Tot voor kort konden alle hadronen worden opgevat als combinaties van een quark en een antiquark, zoals de J/psi, of combinaties van drie quarks, zoals het proton. Desondanks heeft men lang vermoed dat andere quarkcombinaties mogelijk zijn - wat neerkomt op nieuwe vormen van materie. Toen kwam in 2004 de ontdekking van een deeltje genaamd X(3872), dat een combinatie leek van twee quarks en twee antiquarks. Sindsdien zijn er andere kandidaat-noviteiten bijgekomen, hoewel geen van hen definitief kan worden geïdentificeerd als exotische nieuwe combinaties van quarks.

"Soms is een hobbel in de gegevens een prachtig nieuw iets, en soms is het gewoon een hobbel", zei Swanson.

Het nieuwe werk combineert de CERN-gegevens met andere experimenten uit 2018 en 2019 om tot een consistente verklaring voor alle bevindingen te komen.

"We hebben een model dat de gegevens prachtig uitlegt en voor het eerst alle experimentele beperkingen bevat", zei Burns. De verklaring vereist het bestaan ​​van verschillende nieuwe deeltjes die bestaan ​​uit vier quarks en één antiquark, 'pentaquarks' genoemd. Het onderzoek geeft ook aan dat de pentaquarks net op de drempel staan ​​om in andere laboratoria te worden waargenomen.

"Er is echt geen andere manier om de gegevens te interpreteren - pentaquark-toestanden moeten bestaan", zei Burns. De conclusie roept de mogelijkheid op dat andere pentaquarks mogelijk zijn, en dat een hele nieuwe klasse van materie op het punt staat ontdekt te worden. + Verder verkennen

LHCb ontdekt drie nieuwe exotische deeltjes:de pentaquark en het allereerste paar tetraquarks