[PWC-MEDIA] Persbericht: Het proton heeft een beetje inwendige charme

  • From: Nikhef communications <communications@xxxxxxxxx>
  • To: pwc-media@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Wed, 17 Aug 2022 17:05:58 +0200

Gezamenlijk persbericht Nikhef en Vrije Universiteit Amsterdam
------------------------------------------------------------------------------------

17 augustus 2022

Het proton heeft een beetje inwendige charme

Onderzoekers van onder meer Nikhef en de Vrije Universiteit Amsterdam hebben 
het eerste bewijs gevonden dat in het proton niet alleen up- en down-quarks 
voorkomen maar ook middelzware charm-quarks. Hun analyse van de grootste 
dataset ooit staat deze week in Nature.
Theoretisch natuurkundige Juan Rojo van Nikhef en de Vrije Universiteit 
Amsterdam geeft toe dat het gek klinkt. In het proton, de kern van een 
waterstofatomen, zitten quarks die zwaarder zijn dan het proton zelf. “Dat gaat 
in tegen alle gezonde verstand. Het is alsof je een pak zout van een kilo 
koopt, waar vervolgens twee kilo zand uitkomt. Maar in de quantummechanica kan 
zoiets dus gewoon.”

Protonen bestaan volgens de deeltjesfysica in principe uit een drietal quarks, 
twee up- en een down-quark, die door gluonen bij elkaar worden gehouden. In de 
schimmige quantumwereld is het echter niet uitgesloten dat heel kort ook andere 
quarks ontstaat en weer verdwijnen, samen met hun antideeltje. Bijvoorbeeld het 
charm-quark, zo’n duizend keer zwaarder dan een up-quark.

Rojo is hoofdauteur van het Nature-artikel van de NNPDF-samenwerking (neural 
network parton distribution function), een gelegenheidsgezelschap dat 
kunstmatige intelligentie gebruikt om metingen aan protonen uit allerlei 
experimenten te combineren en analyseren. Dat vereist ook de beste theoretische 
modellen voor het proton.

Vorig jaar publiceerde NNPDF al vermoedens dat in protonen ook zwaardere quarks 
dan up en down konden voorkomen, maar statistisch was dat nog niet volledig 
overtuigend. De nieuwe analyse heeft een waarschijnlijkheid van 3 sigma dat er 
charm-quarks in het proton zitten. “Dat is wat we een serieuze aanwijzing 
noemen in de deeltjesfysica”, zegt Rojo opgewekt.

Dat resultaat is ook te danken aan een meting van het LHCb-experiment met de 
LHC-versneller op CERN, dat vorig jaar eveneens aanwijzingen zag voor 
charm-quarks in protonen.

Het nieuwe resultaat betekent dat in het proton van ongeveer 1 GeV massa nu en 
dan spontaan charm-quarks en hun antideeltje opduiken, die een massa hebben van 
1,3 GeV elk. Een olifant die soms heel kort opduikt in een mug.

Dat tegenintuïtieve nieuws, zegt Rojo, is vermoedelijk ook de reden dat een 
algemeen tijdschrift als Nature het artikel publiceert. “Deeltjesfysica haalt 
zelden Nature, tenzij je iets heel bijzonders voor een breed publiek hebt. Dat 
beseffen we heel goed.”

In de jacht op charm in het proton zijn eigenlijk twee effecten in het spel, 
weten de theoretici van NNPDF. De meeste gegevens over de quarks in protonen 
komen van botsende protonen in versnellers. Daarbij voert de beweging van de 
botsende protonen zo veel energie aan, dat daaruit soms zware quarks en hun 
antideeltje kunnen ontstaan.

Rojo en zijn team gaat het echter om wat heet de intrinsieke charm-aanwezigheid 
in het proton: charm-quarks die van nature nu en dan in het onverstoorde proton 
opduiken. Het gaat wel om een heel zeldzaam verschijnsel: minder dan een 
procent van de energie van het kerndeeltje is aan charm toe te schrijven, 
blijkt uit de analyse.

Toch kan het kleine effect ook voor de deeltjesfysica zelf van groot belang 
blijken, denkt Rojo. “In de experimenten op CERN schieten we protonen op elkaar 
en zoeken we naar subtiele afwijkingen die op nieuwe deeltjes of krachten 
kunnen wijzen. Dat kan alleen als je perfect begrijpt wat je op elkaar schiet. 
Precies daarin hebben we nu een nieuwe stap gezet.”


Meer informatie

Nature publicatie: 
Evidence for intrinsic charm quarks in the proton
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04998-2 ;
<https://www.nature.com/articles/s41586-022-04998-2>

Contact
Dr. Juan Rojo, j.rojo@xxxxxxxxx, +31657730483

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht: Het proton heeft een beetje inwendige charme - Nikhef communications