In een dataset van de Large Hadron Collider in het CERN hebben deeltjesfysici een zeldzaam fenomeen waargenomen. Didar Dobur, professor deeltjesfysica aan UGent, leidde het onderzoek.
In een dataset van de Large Hadron Collider in het CERN hebben deeltjesfysici een zeldzaam fenomeen waargenomen. Bij het subatomaire vuurwerk dat plaatsvindt wanneer de deeltjesversneller protonen frontaal tegen elkaar aan laat knallen, zijn vier topquarks tegelijk geproduceerd. Het is de eerste keer ooit dat vier van die zware elementaire deeltjes samen zijn geobserveerd. Didar Dobur, professor deeltjesfysica aan UGent, leidde het onderzoek.
Wat zijn topquarks?
‘Topquarks zijn de zwaarste van alle elementaire deeltjes. Ze zijn veel kleiner dan een atoom, en toch komen ze in massa bijna overeen met een goudatoom. Door die onbalans tussen hun grootte en massa zijn topquarks bijzonder instabiel. Zodra je er eentje in een deeltjesversneller produceert, begint het al te vervallen. Het deeltje heeft een levensduur van slechts 10-25 seconden.’
Hoe hebben u en uw collega’s de deeltjes waargenomen?
‘We werken aan het CMS-experiment, een detector waarmee we de deeltjes meten die geproduceerd worden in de LHC-deeltjesversneller. Die detector levert een gigantische berg data op. We hebben een machine learning-model ontwikkeld waarmee we die gegevens met ongeziene precisie konden doorploegen. Zo traceerden we restdeeltjes die wijzen op het bestaan van vier topquarks. En daar zijn we behoorlijk zeker van: de kans dat onze bevinding statistische ruis is, is kleiner dan een op honderd miljoen.’
Wat maakt deze observatie zo waardevol?
‘Als deeltjesfysici zoeken we voortdurend naar fenomenen die afwijken van wat het Standaardmodel voorspelt. Dat model beschrijft hoe de zeventien fundamentele deeltjes zich gedragen en hoe ze met elkaar interageren. Maar het model heeft blinde vlekken. Het geeft geen verklaring voor donkere materie, of waarom we in een universum leven waarin materie bestaat boven antimaterie. Als we experimenteel iets kunnen observeren dat buiten het Standaardmodel valt, dan staan we een stap dichter bij een nieuw soort deeltjesfysica. Wij vonden dat er bij een proton-protonbotsing mogelijk meer topquarks worden geproduceerd dan wat het model voorspelt. Als dat klopt, staat de deur open voor nieuwe scenario’s. Dat willen we de komende jaren verder onderzoeken met meer data van LHC.’
