Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

In het binnenste van protonen gaat een miniuniversum schuil dat natuurkundigenvoor grote vragen stelt. Met slim ontworpen deeltjesversnellers en neuralenetwerken proberen ze deze piepkleine wereld te verkennen.

Auteur: Juan Rojo

Alles om ons heen bestaat uit atomen.Die atomen zijn opgebouwd uitelektronen, protonen en neutronen. Protonen zelf bestaan uit nog kleinere, elementaire deeltjes: quarks engluonen. Wat deze subatomaire wereld, bijna een eigen mini-universum, bijzonder maakt, is dat de wetten van de klassieke natuurkunde hier niet meer gelden. In plaats daarvan bepaalt de quantummechanica hoe deze deeltjes zich gedragen. Een van de rote raadsels die hieruit voortkomt,is: hoe komt het proton aan zijn draaiing, zijn interne dans, oftewel zijn spin?

Dit klinkt als een futiele vraag maar het antwoord heeft enorme gevolgen voor ons begrip van fundamentele natuurwetten. Als het proton sneller of langzamer zou draaien, zouden atomen niet meer stabiel zijn, en het beroemde periodieke systeem van elementen zou er compleet anders uitzien.

Een groep natuurkundigen, waaronder onderzoekers van het Nikhef, wil deze vraag beantwoorden [1].Hun werk levert belangrijke nieuwe inzichten op over de interne draaiingvan quarks en gluonen in het proton, en daarmee over een van de meest belangrijke puzzels in de moderne natuurkunde en de deeltjesfysica.

In eerste instantie dachten natuurkundigendat de spin van het proton simpelweg de optelsom was van de spins van de drie quarks (twee upquarksen een down-quark) waaruit een proton bestaat (figuur 1). Maar in de jaren tachtig kwam een grote verrassing. Experimenten lieten zien dat die drie quarks samen maar een klein deel van de spin konden verklaren. Dat resultaat werd bekend als de ‘proton-spincrisis’. Waar kwam dan de protonspin vandaan?

Lees het volledige artikel in het julinummer of klik hier.