Professor Dirk Ryckbosch van de Vakgroep Subatomaire & Stralingsfysica van de Universiteit Gent duikt trots op uit de detector, die hij met zijn medewerkers bouwde: een enorme kast met vierduizend lichtgevoelige cellen die ongeveer honderd miljoen frank kostte, waarvan twintig miljoen gefinancierd werd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen (FWO). Als enige in de wereld kan hij het onderscheid maken tussen enerzijds pionen - quark- en antiquarkpaartjes - en anderzijds K-mesonen. Die stap is essentieel bij het oplossen van de grote vragen die gesteld worden in het Hermes-experiment, een onderdeel van het Deutsche Elektronen-Synchr...

Professor Dirk Ryckbosch van de Vakgroep Subatomaire & Stralingsfysica van de Universiteit Gent duikt trots op uit de detector, die hij met zijn medewerkers bouwde: een enorme kast met vierduizend lichtgevoelige cellen die ongeveer honderd miljoen frank kostte, waarvan twintig miljoen gefinancierd werd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen (FWO). Als enige in de wereld kan hij het onderscheid maken tussen enerzijds pionen - quark- en antiquarkpaartjes - en anderzijds K-mesonen. Die stap is essentieel bij het oplossen van de grote vragen die gesteld worden in het Hermes-experiment, een onderdeel van het Deutsche Elektronen-Synchrotron (Desy), waar driehonderd mensen aan meewerken. De hamvraag is: vanwaar komt precies de spin - de hoeveelheid draaibeweging - van de om hun as tollende elementaire deeltjes? "De spin kent geen equivalent in onze wereld", legt Ryckbosch uit. "Het is een quantumbegrip, een intrinsieke eigenschap van elementaire deeltjes, naast hun lading en hun massa. De hoeveelheid spin die een proton in een atoomkern draagt, is berekend. Zo'n proton bestaat uit drie quarks. Wetenschappers gingen ervan uit dat de spin van het proton bepaald zou worden door die van zijn samenstellende quarks. Maar de eerste metingen gaven een groot tekort: de som van de spin van de quarks was maar dertig procent van de totale spin van het proton. Deze vaststelling raakte bekend als de spincrisis. Het Hermes-experiment wil op zoek gaan naar het tekort aan spin in het proton."DE STRIJD TEGEN DE TIJDRyckbosch en zijn mensen werken tegen de tijd. Ze moeten hun detector klaar krijgen voor de versnellertunnel dichtgaat. Anders kan hij niet meer mee, en moeten ze wachten tot het jaar 2000 voor ze weer een kans krijgen. Een eeuwigheid in de wetenschap: anderen dreigen tegen dan hun experimenten al gedaan te hebben. "We zullen speuren naar de gedetailleerde opbouw van de spin", vertelt Ryckbosch onverstoord. "Een van de hypothesen die we zullen onderzoeken, is dat de gluonen die de quarks samenhouden, tijdelijk zelf in twee "vreemde" quarks - de strange van de zes quarks uit het Standaardmodel - kunnen splitsen, die extra-spin aan het systeem leveren. We kunnen de aanwezigheid van die vreemde quarks meten. Als ze in het experiment botsen met een elektron, vliegen ze weg uit het proton, en vormen ze met een andere quark een K-meson. Dat kunnen we detecteren en bestuderen. En daarvoor is onze detector essentieel." Succes steunt verder op een heel ingewikkelde proefopstelling die ervoor moet zorgen dat de protonen hun spin netjes in dezelfde richting rangschikken. Elektronen met hun spin in diezelfde richting zullen alleen interageren met quarks die een tegengestelde spin hebben als hun proton. Elektronen met een tegengestelde spin zien dan weer alleen quarks met dezelfde spinrichting als de protonen. Vergelijking van het aantal K-mesonen in beide situaties laat toe te tellen hoeveel vreemde quarks tegen- of meewerkten aan de opbouw van de spin van het proton. "En als we er zo niet komen, moeten we op zoek naar aanwijzingen voor alternatieve hypothesen", besluit Ryckbosch. "Het is natuurlijk mogelijk dat de gluonen met hun eigen draaibeweging bijdragen, maar dat zal enorm moeilijk zijn om na te gaan, want ze interageren niet met de elektronen uit de versneller. Het zou ook kunnen dat de quarks binnen het proton zelf nog een eigen beweging hebben, die de meting beïnvloedt. Momenteel zijn daar echter geen solide aanwijzingen voor."Dirk Draulans