Sinds de tweede operationele run in 2015 begon, heeft de Large Hadron Collider een aantal behoorlijk interessante dingen gedaan. Vanaf 2016 bijvoorbeeld, begonnen onderzoekers van CERN de botsing te gebruiken om het schoonheidsexperiment Large Hadron Collider (LHCb) uit te voeren. Dit onderzoek is bedoeld om te bepalen wat er gebeurde na de oerknal, zodat de materie kon overleven en het universum kon creëren dat we vandaag kennen.
De afgelopen maanden heeft het experiment indrukwekkende resultaten opgeleverd, zoals het meten van een zeer zeldzame vorm van deeltjesverval en het bewijs van een nieuwe manifestatie van materie-antimaterie-asymmetrie. En meest recentelijk hebben de onderzoekers achter LHCb de ontdekking aangekondigd van een nieuw systeem van vijf deeltjes, die allemaal in één analyse werden waargenomen.
Volgens het onderzoeksartikel, dat verscheen in arXiv op 14 maart 2017 waren de gedetecteerde deeltjes opgewekte toestanden van wat bekend staat als een "Omega-c-zero" baryon. Net als andere deeltjes in zijn soort, bestaat de Omega-c-zero uit drie quarks - waarvan er twee "vreemd" zijn, terwijl de derde een "charm" -quark is. Het bestaan van dit baryon werd in 1994 bevestigd. Sindsdien hebben onderzoekers van CERN geprobeerd vast te stellen of er zwaardere versies waren.
En nu, dankzij het LHCb-experiment, lijkt het erop dat ze ze hebben gevonden. De sleutel was om de banen en de energie die de deeltjes in de detector achterlieten in hun uiteindelijke configuratie te onderzoeken en terug te traceren naar hun oorspronkelijke staat. In feite vervallen Omega-c-zero-deeltjes via de sterke kracht in een ander type baryon (Xi-c-plus) en vervolgens via de zwakke kracht in protonen, kaons en pionen.
Hieruit konden de onderzoekers vaststellen dat wat ze zagen Omega-c-zero-deeltjes waren in verschillende energietoestanden (d.w.z. van verschillende groottes en massa's). Uitgedrukt in mega-elektronvolt (MeV), hebben deze deeltjes massa's van respectievelijk 3000, 3050, 3066, 3090 en 3119 MeV. Deze ontdekking was vrij uniek, aangezien het de detectie betrof van vijf hogere energietoestanden van een deeltje tegelijkertijd.
Dit werd mogelijk gemaakt dankzij de gespecialiseerde mogelijkheden van de LHCb-detector en de grote dataset die werd verzameld uit de eerste en tweede reeks van de LHC - die liep van respectievelijk 2009 tot 2013 en sinds 2015. Gewapend met de juiste apparatuur en ervaring konden de onderzoekers de deeltjes met een overweldigende mate van zekerheid identificeren, wat de mogelijkheid uitsluit dat het een statistische toevalstreffer in de gegevens was.
De ontdekking zal naar verwachting ook licht werpen op enkele van de diepere mysteries van subatomaire deeltjes, zoals hoe de drie samenstellende quarks in een baryon worden gebonden door de 'sterke kracht' - dwz de fundamentele kracht die verantwoordelijk is voor het bijeenhouden van de binnenkant van atomen . Nog een mysterie dat dit zou kunnen helpen bij het oplossen van de correlatie tussen verschillende quark-staten.
Zoals Dr. Greig Cowan - een onderzoeker van de Universiteit van Edinburgh die werkt aan het LHCb-experiment bij Cern's LHC - uitlegde in een interview met de BBC:
“Dit is een opvallende ontdekking die licht zal werpen op hoe quarks aan elkaar binden. Het kan niet alleen implicaties hebben om protonen en neutronen beter te begrijpen, maar ook meer exotische multi-quark-toestanden, zoals pentaquarks en tetraquarks.“
De volgende stap is het bepalen van de kwantumgetallen van deze nieuwe deeltjes (de getallen die worden gebruikt om de eigenschappen van een specifiek deeltje te identificeren) en het bepalen van hun theoretische betekenis. Sinds het online kwam, heeft de LHC geholpen het standaardmodel van de deeltjesfysica te bevestigen en verder te reiken om de grotere onbekendheden te ontdekken over hoe het universum is ontstaan en hoe de fundamentele krachten die het besturen in elkaar passen.
Uiteindelijk zou de ontdekking van deze vijf nieuwe deeltjes een cruciale stap kunnen zijn op weg naar een Theory of Everything (ToE), of gewoon een ander stuk in de zeer grote puzzel die ons bestaan is. Blijf kijken om te zien welke!
