Het proton is quantumachtiger dan we dachten

In dit artikel:

Protonen vertonen een sterker en complexer quantumgedrag dan doorgaans werd aangenomen. Dat blijkt uit een nieuwe analyse van natuurkundigen onder leiding van Alexey Vladimirov van de Complutense-universiteit van Madrid. Zij onderzochten hoe quarks en gluonen, de deeltjes waaruit protonen bestaan, met elkaar interfereren.

Tot nu toe gebruikten onderzoekers vooral het partonmodel om de interne structuur van protonen statistisch te beschrijven. Dat model is zeer succesvol, maar behandelt de deeltjes grotendeels als een klassieke verzameling. Omdat quarks en gluonen ook golfeigenschappen hebben, verwachtten natuurkundigen al langer dat quantuminterferentie een rol speelt. Eerdere experimenten leverden daarover echter geen eenduidig beeld op.

Vladimirov en zijn collega’s combineerden daarom gegevens uit verschillende soorten experimenten, onder meer van CERN in Zwitserland en DESY in Duitsland. Hoewel die metingen niet specifiek voor interferentie waren ontworpen, konden de onderzoekers door ze gezamenlijk te analyseren meerdere quantuminterferenties in protonen identificeren. Zo bleek een gluon te interfereren met een combinatie van een quark en een antiquark.

Volgens de onderzoekers toont dit aan dat een proton niet simpelweg een klassieke verzameling deeltjes is en dat quantummechanische effecten sterker aanwezig zijn dan gedacht. Natuurkundige Vladimir Braun van de Universiteit van Regensburg, die niet aan het onderzoek deelnam, noemt de analyse waardevol en opvallend, vooral vanwege de onverwachte details van de gevonden interferentie.

De wetenschappers willen hun dataset uitbreiden om de conclusies verder te bevestigen. Nieuwe metingen, bijvoorbeeld bij de Thomas Jefferson National Accelerator Facility in de Verenigde Staten, kunnen meer inzicht geven in de quantumspin van quarks en gluonen en in de relatie tussen interferentie en de sterke kernkracht. Dat kan uiteindelijk helpen om botsingsproeven beter te interpreteren en de fundamentele natuurkrachten beter te begrijpen.