Hoe Johan toevallig een tetraquark vond
De daadwerkelijke ontdekking van deeltje Zc(3900) is al een jaar geleden, maar Messchendorp vertelt zijn verhaal alsof het gisteren is gebeurd. ‘De groep gaf er al vijf lezingen over. Het blijft een fascinerend onderwerp.’
Toch moeten het korte lezingen zijn geweest, want Messchendorp kan de belangrijkste natuurkundige ontdekking van 2013 volgens het gezaghebbende tijdschrift Physics in één zin uitleggen: ‘We hebben op een unieke manier aangetoond dat er deeltjes bestaan die opgebouwd zijn uit vier quarks: zogenaamde tetraquarks’.
Natuurlijk.
Wat zijn quarks?
Quarks zijn de bouwstenen van bijna alle andere deeltjes. Het zijn een soort Legoblokjes die in verschillende soorten en kleuren bestaan. Grotere structuren zijn echter niet opgebouwd uit willekeurige combinaties. Er lijken regels te zijn. Bijvoorbeeld dat de combinatie van gebruikte blokken ‘kleurneutraal’ is. Zo zijn de drie kleuren rood, groen en blauw samen wit, en dus kleurneutraal, maar dat geldt ook voor een kleur en zijn bijbehorende antikleur.
Tot vorig jaar begrepen wetenschappers alleen deeltjes die bestaan uit twee of drie quarks. Maar de theorie voorspelde al in de jaren zeventig dat er ook vier-quarksdeeltjes zouden moeten zijn. Antirood-rood-antiblauw-blauw, bijvoorbeeld. En het zijn die tetraquarks die nu echt zijn aangetoond.
Een hele opluchting, zegt Messchendorp. De ontdekking bewijst namelijk dat wetenschappers weten waar ze mee bezig zijn. ‘Als we geen tetraquarks hadden kunnen vinden, hadden we de theorie blijkbaar niet voldoende begrepen. Dus dit is een bevestiging, een hele belangrijke bevestiging, dat de theorie de natuurkunde goed beschrijft.’
Geluk en hard werken
Dat gebeurde in China bij het BESIII-experiment, waar behalve Messchendorp nog vijf KVI’ers bij aangesloten zijn. Eigenlijk sloot de groep zich aan om hun expertise beschikbaar te stellen en ervaring op te doen voor een nieuw experiment. En ze zochten niet eens specifiek naar tetraquarks. Puur geluk dus? Messchendorp wil het niet zo noemen. ‘Wetenschap is 99 procent hard werk. En af en toe ontdek je iets wat het nieuws maakt, dat is dan net die ene procent geluk’.
Zijn ervaringen steekt Messchendorp in het volgende experiment, PANDA bij Darmstadt. Er is namelijk nog veel meer te ontdekken. ‘De theorie voorspelt ook pentaquarks, deeltjes die uit vijf quarks bestaan, en de meer exotische lijmballen. Maar net zoals bij BESIII, een experiment niet speciaal ontworpen voor het ontdekken van tetraquarks, kan het ook een hele andere kant op gaan. Dat is het leuke van onderzoek, je weet nooit wat je tegen komt’.
Het experiment!
Het experiment gebruikt voor de ontdekking is Beijing Spectrometer III, een onderdeel van de Beijing Electron–Positron Collider in China. Hier worden deeltjes versneld tot superhoge snelheden, voordat ze op elkaar botsen, waarbij tientallen kleinere deeltjes ontstaan. Eentje daarvan was dus Zc(3900). Aan het experiment werken groepen uit tien verschillende landen, waaronder KVI-CART.
Twaalf soorten lego
De natuur bestaat uit materie. Bijna alle materie is opgebouwd uit quarks: hier zijn er zes van. Maar naast materie is er ook antimaterie. En dat is opgebouwd uit antiquarks. Antiquarks verschillen onder andere in kleur van quarks. Een quark is rood, groen of blauw. Een antiquark is antirood, antiblauw of antigroen. Daarnaast worden ook nog gluonen, de lijm tusssen de quarks, gebruikt om mee te bouwen. En ook deze deeltjes hebben een kleurlading.