Eerder plaatste ik op de KIJK-site een nieuwsberichtje over waterstofatomen gemaakt met de Italiaanse deeltjesversneller DAFNE (1), waarvan de kernen bestonden uit één proton, vier neutronen en een neutron-achtig deeltje met een strange-quark erin. (Normaal bestaat een waterstofkern uit één proton en verder niets, dus het betreft hier een nogal extreme variant op het meestvoorkomende element van ons universum.) Tijdens het researchen van het betreffende bericht stuurde ik een mail naar één van de onderzoekers, Elena Botta, die echter niet gelijk kon reageren op mijn vragen. Een paar dagen later deed ze dat alsnog, waardoor ik een beter beeld kreeg van de vorming van zwaarlijvige waterstofatomen.
Cruciaal voor het maken van zulke waterstofatomen is een deeltje dat in DAFNE ontstaat, en dat in de paper wordt omschreven als K_stop. Die ‘stop’ duidt erop dat het K-deeltje waar het om gaat (een negatief geladen kaon of K-meson) zo goed als tot rust is gekomen als het een lithiumatoom tegenkomt. Vervolgens ontstaat wat Botta een kaonisch atoom noemt. Dat wil zeggen: het negatieve kaon neemt als het ware de plek in van een elektron. Dit ‘kaon-elektron’ valt, onder het uitzenden van gammastraling, in stapjes naar de kern toe (2).
Heeft het kaon-elektron de kern bereikt, dan is er een kans van pak ‘em beet één op duizend dat het een reactie aangaat met een proton, waarbij twee nieuwe deeltjes ontstaan: een neutraal pion en een lambda-deeltje. Dat tweede deeltje is een neutraal deeltje dat bestaat uit een up-quark, een down-quark en een strange-quark. Vervolgens moet het ontstane neutrale pion een ander proton in de lithiumkern treffen – ook weer een gebeurtenis die maar eens op de veel keren plaatsvindt. Deze reactie levert een neutron en een positief pion op.
Wat er dankzij deze twee reacties netto is gebeurd: in de lithiumkern, die bestond uit drie protonen en drie neutronen, is één proton in een neutron verandert en een ander proton in een lambda-deeltje. Daarmee is er nog maar één proton over in de kern, waardoor het atoom niet meer telt als lithium, maar als waterstof. Zij het waterstof met heel veel extra bagage, in de vorm van vier neutronen en een lambda-deeltje.
Verder vroeg ik Botta of er nog werk werd gedaan om de statistische betrouwbaarheid van het beschreven experiment op te krikken. Volgens de paper blijft die namelijk steken op 3,9 sigma als je alle storende factoren meeneemt, terwijl je 5 sigma nodig hebt om een ontdekking te kunnen claimen. “Helaas hebben we alle beschikbare data geanalyseerd en verzamelt FINUDA [het DAFNE-experiment waarmee het bovenstaande werk werd gedaan] geen nieuwe data meer. Het is daardoor niet mogelijk om de statistieken in de toekomst te verbeteren.”
We zullen het dus voorlopig met 3,9 sigma moeten doen, waar het deze Italiaanse dikkerds betreft.
(1) DAFNE staat voor Double Annular ring for Nice Experiments. Voor de F in de afkorting mag je trouwens ook een phi schrijven – die dan weer slaat op phi-mesonen, de deeltjes die deze versneller in grote hoeveelheden maakt door elektronen op hun antideeltjes te laten botsen.
(2) Preciezer: het kaon-elektron valt naar banen met een steeds lager impulsmoment, totdat het in een baan is beland met een straal die vergelijkbaar is met de straal van de kern.