Nieuwe manier om donkere materie te detecteren: met elektronen

De Bullet cluster, een verzamelplek van donkere materie (met roze aangegeven). Credit: Chandra X-Ray Observatory, NASA/CXC/M. Weiss/Wikimedia Commons

Onderzoekers van Chalmers University of Technology en EHT Zürich in Zwitserland hebben een nieuwe manier bedacht om donkere materie te detecteren, het onzichtbare goedje in het heelal, waarvan er vijf keer zo veel is als gewone materie. Wereldwijd proberen diverse teams met experimenten deeltjes donkere materie te detecteren en allemaal maken ze gebruik van zware atoomkernen, waarvan ze hopen dat de deeltjes donkere materie daarmee via een ‘recoil’ reageren en dat er dan een signaal te zien is. Maar tot nu toe allemaal zonder succes (behoudens een mogelijke detectie met Xenon1T). De Chalmers/EHT onderzoekers zeggen dat deze methodes niet succesvol zijn, omdat de protonen en neutronen in de atoomkernen veel te zwaar zijn. Het is alsof je een pingpongbal op een bowlingbal schiet en dan verwacht dat ‘ie wegrolt. Daarom stellen zij voor om lichte deeltjes als doel te gebruiken, elektronen (Zie voorstelling hieronder).

Voorstelling van een interactie tussen WIMP’s – deeltjes donkere materie – en een atoomkern. Credit: CDMS.

Dat doen ze in dit vakartikel, verschenen in Physical Review, waarin ze beschrijven hoe zo’n experiment eruit zou moeten zien. Op maar liefst vier manieren zouden elektronen in argon en xenon atomen kunnen reageren op passerende deeltjes donkere materie, drie daarvan waren bij onderzoekers nog niet eerder bekend. De groep doet voorspellingen voor de detectie van donkere materie met elektronen en ze hopen dat de onderzoekslaboratoria daarmee aan de slag gaan. Bron: Phys.org.

De druk in een proton is hoger dan de druk in het binnenste van een neutronenster

Credit: V. D. Burkert, L. Elouadrhiri, F. X. Girod

Protonen zijn de belangrijkste bouwstenen van alle elementen in het heelal. Ze werden in 1919 ontdekt door Ernest Rutherford, maar pas nu zijn natuurkundigen erin geslaagd om de druk in een proton te meten. Gebruikmakend van de Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) zijn onderzoekers van Jefferson Lab in Virginia (VS) protonen gaan meten en daaruit blijkt dat de drie quarks, waaruit ieder proton bestaat, te maken hebben met een druk die kan oplopen tot 10^35 pascal. Da’s een gigantische druk, die niet alleen 10^30 keer zo groot is als de luchtdruk op zeeniveau, maar die ook nog eens tien keer hoger is dan de druk in de kern van neutronensterren. In die kern van de extreem compacte objecten kan de druk volgens berekeningen oplopen tot maximaal 10^34 Pa. Wat de CEBAF-onderzoekers deden was protonen in waterstof bestoken met elektronen, waarbij de elektronen reageerden met de drie ‘valentie-quarks’ in het proton via de zogeheten ‘deeply virtual Compton scattering’ (DVCS – zie de afbeelding hieronder), waarbij ook fotonen worden geproduceerd. Dat leverde vervolgens de zogeheten ‘gravitational form factors’ – geïntroduceerd door Kobzarev en Okun in 1962 (!) – op en op basis daarvan was men in staat om de druk te berekenen. Binnen een bol met een straal van ongeveer 0,6 femtometer blijkt die druk gemiddeld 10^35 Pa te zijn.

Credit: H.?S. Jo, F.?X. Girod, V.?D. Burker.

Dichtbij het centrum van een proton is de druk afstotend, zoals je ook in de afbeelding bovenaan kunt zien, maar op een gegeven moment wordt ‘ie aantrekkend. Dat zorgt er voor dat de quarks niet kunnen ontsnappen uit het proton – losse quarks komen in de vrije natuur niet voor, da’s de zogeheten ‘quark confinement’. Het vakartikel over de metingen aan het proton is onlangs gepubliceerd in Nature. Bron: Gizmodo + Francis Naukas.

Zo, de protonen gieren weer door de Large Hadron Collider

Credit: Maximilien Brice/ CERN.

Na een uitgebreide pauze van 17 weken zijn deze week de protonen weer begonnen om met bijna de lichtsnelheid door de 27 kilometer lange Large Hadron Collider (LHC) te vliegen, de grootste deeltjesversneller ter wereld van het Europese onderzoeksinstituut CERN bij Genève. December vorig jaar werd de LHC uitgezet en werd Run 2, waarbij de protonen met een botsingsenergie van 14 TeV tegen elkaar botsen, gepauzeerd – de zogeheten Extended Year End Technical Stop (EYETS). Iedere winter krijgt de LHC in zo’n pauze een technische beurt, waarbij diverse zaken worden nagekeken en eventueel vervangen. Dit keer heeft men een supergeleidende magneet in de LHC vervangen, heeft de Super Proton Synchrotron, de 6,9 km lange deeltjesversneller die de protonen ‘opwarmt’ voordat ze in de LHC terecht komen, een nieuw onderdeel gekregen om de bundels met protonen af te leveren en zijn talloze kabels en leidingen vervangen.



In 2016 werd bij de protonenbotsingen 40 inverse femtobarn aan gegevens verzameld, dit jaar hopen ze bij het vervolg van run 2 45 fb-¹ te bereiken. Botsingen tussen de protonen zijn er nog niet, maar zodra dat gebeurt wordt Run 2 pas echt hervat en kunnen de grote ATLAS- en CMS-detectoren weer aan de slag om de gegevens te verzamelen. Ik houd jullie op de hoogte als dat zover is. Bron: CERN.

De leeftijd van een elektron blijkt minstens 66.000 yottajaar te zijn

De Borexino detector (credit: Borexino Collaboration).

Onderzoek met het Borexino experiment in Italië laat zien dat de leeftijd van het elektron minstens 66.000 yottajaar is, in normale wiskundetaal 6,6 x 10^28 jaar, in normale mensentaal zesenzestigduizend keer een quadriljoen jaar, in normale kosmologentaal vijf triljoen keer de leeftijd van het heelal. Elektronen zijn de lichtste elementaire deeltjes die een negatieve elektrische lading dragen. Spontaan kunnen ze niet vervallen, want dat zou een schending van behoud van lading betekenen. Volgens het Standaard Model kunnen elektronen daarom niet vervallen. Maar dat model is niet zaligmakend en daarom houden natuurkundigen er rekening mee dat een elektron héél af en toe wel vervalt en wel in een foton en een neutrino. Dat verval heeft men getracht waar te nemen in dat Borexino experiment, waarbij een vat met 300 ton organische vloeistof, diep onder de grond onder het Gran Sasso gebergte in Italië en naar schatting zo’n 10^32 elektronen bevattend, continue in de gaten wordt gehouden.

Mocht er een elektron op een mooie dag vervallen dan zou het hypothetisch in een foton en neutrino kunnen vervallen, van samen 256 KeV energie. Dat foton zou op haar beurt weer reageren met een ander elektron en dat zou dan opgemerkt moeten worden door één van de 2212 photomultipliers in de detector. Tussen januari 2012 en mei 2013 werd gekeken of men een elektronenverval zag, maar helaas pindakaas, geen verval gezien. Op basis daarvan heeft men die minimumleeftijd van 66.000 yottajaar bepaald – yotta schijnt het grootste officiële voorvoegsel te zijn, het staat voor 10^24. In 1998 had men ook al eens geprobeerd een elektronenverval waar te nemen en toen kwam men uit op een minimumleeftijd van 4.6 x10^26 jaar, ruim honderd keer korter dan de actuele meting. Over leeftijden gesproken: protonen schijnen hypothetisch ook te kunnen vervallen. Hun minimale leeftijd is pakweg 1.29×1034 jaar, net zoals de elektronenleeftijd bepaald door experimenten. Ooooohhhh, 66.000 yottajaar stelt helemaal niets voor. 🙂 Bron: Physics World.

Kunnen protonen vervallen? Het is in ieder geval nog nooit waargenomen

Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Reidar Hahn / Symmetry Magazine.

Het is een simpele vraag, maar decennia van onderzoek door natuurkundigen heeft er nog steeds geen antwoord op kunnen geven: kunnen protonen vervallen? Kunnen ze, net zoals met losse neutronen gebeurt, in een radioactief verval in lichtere deeltjes vervallen? Haal een neutron uit z’n beschermde omgeving van een atoomkern en hij zal na pakweg 14 minuten en 42 seconden door de zwakke wisselwerking vervallen in een proton, een elektron en een antineutrino. Maar kan een los proton ook vervallen, heeft ‘ie ook een halfwaardetijd? Tot nu toe is daar uit alle experimenten die gedaan zijn niets van gebleken, het proton lijkt een stabiel deeltje te zijn, dat letterlijk het eeuwige leven heeft. Op basis van die experimenten heeft men wel een minimum leeftijd berekend en die is – schrik niet – 1,29 x 10^34 jaar. Ter vergelijking: het heelal is 13,8 miljard jaar oud, da’s 1,38 x 10^10 jaar.

Voorspellingen voor de leeftijud van het proton.

En toch zijn er modellen van deeltjes en natuurkrachten, die voorspellen dat een proton kan vervallen, met name de zogeheten GUT’s, de grand unified theories. Die modellen gaan er van uit dat de vier huidige natuurkrachten – de sterke, zwakke en elektromagnetische wisselwerking en de zwaartekracht – tijdens de oerknal verenigd waren in één allesomvattende natuurkracht. Hierboven zie je enkele theoretische waarden voor de leeftijd volgens enkele GUT’s en ook het bereik van enkele experimenten. Volgens sommige van die GUT’s zou een proton kunnen vervallen in een pion en een positron, waarop het pion op haar beurt weer in twee fotonen vervalt, hetgeen door zogeheten Tsjerenkovstraling gedetecteerd kan worden:

Protonen bestaan overigens uit twee up quarks en een down quark, dus het werkelijke verval ziet er iets ingewikkelder uit dan hierboven geschetst, maar het gaat om het idee. De hoop om het verval van een proton waar te nemen is allerminst geweken, want overal in de wereld zijn natuurkundigen bezig om als eerste te zien hoe een proton vervalt, onder andere bij het Super-Kamiokande experiment in Japan, waar ze 50.000 ton water in een groot vat in een ondergrondse mijn hebben gevuld om daar niet alleen naar neutrino’s te kijken, maar ook naar mogelijk protonverval. En de nog te bouwen Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), in een voormalige goudmijn in South Dakota, gaat er ook naar op zoek. Je zou denken dat die leeftijd van protonen het onmogelijk maakt om te detecteren, maar als je maar genoeg protonen bij elkaar hebt (en in water zitten heel veel protonen) dan is de kans groot dat er altijd wel eentje vervalt, per slot van rekening is het een gemiddelde leeftijd. Met DUNE willen ze overigens ook live de geboorte van een zwart gat gaan volgen, dus de verwachtingen daarvan zijn erg hoog. We houden ’t voor jullie in de gaten. 🙂  Bron: Symmetry Magazine + Wiki + Hyper-Kamiokande.

De meeste massa van protonen en neutronen komt niet van Higgs-bosonen maar van… pionen en gluonen

Credit: CERN

Over de in 2012 met de Large Hadron Collider ontdekte Higgs bosonen wordt verteld dat ze elementaire deeltjes hun massa geven – da’s op zich juist – en dat ze daarmee ook zorgen voor de massa van protonen en neutronen – da’s onjuist. Protonen en neutronen zijn samengestelde deeltjes, geen elementaire deeltjes. Ze bestaan uit drie quarks, die voor zover we weten wel elementair zijn, protonen bestaan uit één d-quark en twee u-quarks, neutronen uit twee d-quarks en één u-quark. Dat d- en u-quarks slaat op de soorten quarks, waarvan er zes zijn: de lichtste quarks, up (u) en down (d), de op een na lichtste quarks – charm (c) en strange (s) en dan tenslotte de zware top- (t) en bottom-quarks (b). Ja, de quarks krijgen hun massa inderdaad door de Higgs bosonen via het zogeheten Higgs mechanisme – hierbij aangetekend dat we het dan hebben over de ‘valentie quarks’, de echte quarks en niet de wolk van virtuele quarks en antiquarks, die daar omheen zoemen en die continue opploppen en weer verdwijnen.

De drie valentie quarks van protonen en neutronen (credit: Matt Strassler).

OK, protonen en neutronen bestaan uit drie quarks, die hun massa van het Higgs boson krijgen, dan is de massa van de samengestelde protonen en neutronen toch ook afkomstig van de Higgs bosonen, ook al is het indirect? Nee, dat laatste is niet het geval. De massa van protonen en neutronen is namelijk zwaarder dan de optelsom van de afzonderlijke quarks waaruit ze bestaan. Het is heel ingewikkeld om de massa van afzonderlijke quarks te bepalen, omdat ze altijd opgesloten zitten samen met anderen en nooit los in de vrije natuur voorkomen, een verschijnsel dat confinement wordt genoemd. Al in 1968 werd met de SLAC detector waargenomen dat protonen samengesteld moeten zijn, maar het kost de natuurkundigen nog altijd moeite om de massa exact te bepalen. De laatste metingen geven de volgende waarden aan voor de u- en d-quarks:

mu = 2,16 MeV md = 4,68 MeV

De massa van protonen en neutronen is nauwkeuriger bepaald: protonen hebben een massa van 938,272 MeV, neutronen zijn met 939,565 MeV iets zwaarder. Maar wacht even, een proton bestaat toch uit één d-quark en twee u-quarks? Dan moet z’n massa toch 4,68 + 2,16 + 2,16 = 9 MeV zijn en niet ruim 938 MeV zoals hierboven staat? En een neutron zou met twee d-quarks en één u-quark toch 11,3 MeV massa moeten hebben en niet ruim 939 MeV. Juist ja, slechts een klein gedeelte van de massa van de protonen en neutronen wordt gevormd door de massa van de valentie quarks en daarmee door de Higgs bosonen.

Credit: Wikipedia

Maar waar komt dan de rest vandaan, de overige 99% van hun massa? Die komt van gluonen en pionen – gluonen die zorgen voor een continue uitwisseling van de sterke wisselwerking tussen de quarks, de pionen die zorgen voor de uitwisseling van de kernkracht, ook wel de nucleaire kracht genoemd, tussen de protonen en neutronen (die ook wel nucleonen worden genoemd, zie afbeelding hierboven). Beide interacties leveren een zogeheten ‘achtergrond condensaat’ of ‘vacuum expectation value‘ (VEV) op en dat vormt de rest van de massa van protonen en neutronen. Met name dat laatste deeltje, het pion of pi meson, is een deeltje dat tamelijk onderbelicht is in de media. Het komt in drie variaties voor, het positief geladen pion (?+), het negatief geladen pion (?-) en het neutrale pion (?). Het is een kortlevend deeltje, al in 1947 ontdekt, dat gemiddeld na 26 nanoseconde (2.6×10-8 seconden) al vervalt.

Schets van ALICE, welke binnenkort botsingen met loodionen gaat waarnemen. Credit: ALICE Collaboration.

Zoals ik eerder zei valt het bepalen van de massa van afzonderlijke quarks niet mee en dat kan ook gezegd worden van de wijze waarop gluonen en pionen het overgrote deel van de massa van protonen en neutronen vormen. Het zijn met name experimenten met zware atoomkernen, zoals ze doen met goud en lood in de LHC en ook in de RHIC in het Amerikaanse Brookhaven, waarmee ze dit bestuderen. Bij de LHC doen ze dat met de ALICE detector (zie afbeelding hierboven), die eind van dit jaar weer van start gaat. Met ALICE en de RHIC wordt in feite het moment nagebootst van de oerknal, toen de temperatuur zo heet was dat quarks en gluonen wel in vrije toestand voorkwamen en een quark-gluon plasma vormden. Mocht uit die experimenten nieuwe informatie komen dan laat ik het jullie direct weten. Bron: Backreaction.

De Large Hadron Collider produceert evenveel Higgs bosonen als… onze atmosfeer

Credit: CMS

In ’s werelds grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider (LHC) bij Genéve, worden miljarden keren per seconde protonen met bijna de lichtsnelheid tegen elkaar geknald, waardoor er allerlei nieuwe deeltjes ontstaan, meestal bekende oninteressante deeltjes, soms nieuwe, onbekende, interessante deeltjes. Het in 2012 met de LHC ontdekte Higgs boson is er eentje van de laatste categorie, het laatste ontbrekende deeltje van het Standaard Model van de elementaire deeltjes en natuurkrachten. Maar de LHC is niet de enige die op dit moment – nu ook weer tijdens de onlangs gestarte Run 2 – Higgs bosonen weet te produceren, er is nog een grote producent op aarde en dat is… onze eigen atmosfeer! Nou ja, onze atmosfeer in samenwerking met een ander stukje van moeder natuur, te weten de kosmische straling. Dat is zeer energierijk straling, waarvan de oorsprong nog niet bekend is en die voornamelijk uit protonen bestaan. De afzonderlijke protonen in de LHC hebben een energie van 6,5 TeV (=6,5 x 10^12 eV), die van de kosmische straling is véél hoger:

Credit: Asimmetrie/Infn

De laagste (kinetische) energie is zo’n 1 x 10^9 eV, de energie van de ‘ultra-high-energy cosmic ray (UHECR)’ is minstens 1 x 10^18 eV, de meest energierijke categorie is die van de ‘extreme-energy cosmic ray (EECR)’, die meer dan 5 x 10^19 eV aan energie hebben. Recordhouder onder de EECR’s is het Oh-mijn-God-deeltje, welke op 15 oktober 1991 ’s nachts werd gedetecteerd met de Fly’s Eye array in de militaire basis Dugway Proving Ground in de woestijn van Utah (VS). De kinetische energie van dit ene proton overtrof alles: 320 exa-electronvolt, oftewel 3,2 x 10^20 eV. Zou dit ene enkele deeltje op je teen vallen zou het net zo aanvoelen als een bowlingbal die op je tenen valt –  let wel, één bowlingbal bevat net zoveel atomen als er sterren in het heelal zijn.

Als die protonen van de kosmische straling de deeltjes in onze eigen atmosfeer op pakweg 10 km hoogte raken dan gebeurt er precies hetzelfde als in de LHC: ze vervallen in een ‘waterval’ (Engels: cascade) van deeltjes. Wat blijkt nou: dat ook daarbij Higgs bosonen ontstaan, weliswaar zeer kort levend (1,56 x 10-²² seconde), op hun beurt vervallen ze in de meeste gevallen in muonen. De natuurkundige Josua Unger heeft vorig jaar berekeningen gedaan en daaruit blijkt dat in de atmosfeer gemiddeld iedere 8 seconden een Higgs boson wordt geproduceerd.

De ATLAS detector van de LHC van CERN. Credit: ATLAS.

De onzekerheid is 65%, dus er is een ruime marge (2 tot 9 Higgs bosonen per minuut). Als we even van die 8 seconden uitgaan worden er in de atmosfeer 430 Higgs bosonen per uur geproduceerd, 10.400 per dag en 3,8 miljoen per jaar. In zijn thesis noemt Unger ook de LHC die tijdens Run 1 in 2012 tijdens een periode van 73 dagen actief was in de productie van Higgs bosonen. Gedurende die periode maakte de atmosfeer 760.000 Higgs bosonen. De LHC maakte in die periode zo’n 493.000 Higgs bosonen, weliswaar lager dan de hoeveelheid die de atmosfeer produceerde, maar toen draaide de LHC nog op een botsingsenergie van 8 TeV. Inmiddels is de LHC omhoog geschroefd naar 13 TeV, zodat we redelijkerwijs kunnen aannemen dat ‘ie nog evenveel Higgs bosonen produceert als de atmosfeer. Bron: The Guardian + The Reference Frame.

Massaverhouding tussen protonen en elektronen al 12,4 miljard jaar hetzelfde

Credit: Swinburne Astronomy Productions.

Door gebruik te maken van de spectra van een zeer ver weg staande quasar zijn sterrenkundigen erin geslaagd om vast te stellen dat de verhouding tussen de massa van het proton en dat van het elektron al 12,4 miljard jaar hetzelfde is en wel met een precisie van één miljoenste. Met de Very Large Telescope (VLT) in Chili keek een team van sterrenkundigen onder leiding van Julija Bagdonaite (VU Amsterdam) naar quasar PSS J1443+2724, een sterrenstelsel met een zeer actief zwart gat in het centrum, waarvan het licht onderweg naar de aarde een ‘voorgrond-sterrenstelsel’ passeerde. Dat voorgrond-stelsel ligt op een afstand van 12,4 miljard lichtjaar (roodverschuiving z = 4,22) – dat is al héél ver, op een afstand toen het heelal nog geen tiende van z’n huidige leeftijd had – de quasar ligt met z = 4,42 dáár weer achter. Door naar de absorptielijnen van het moleculair waterstof, uitgezonden door de quasar en geabsorbeerd door het gas in het voorgrond-stelsel, te kijken kan men zien of er bepaalde overgangen in de energie van het waterstof hebben plaatsgevonden. Een eventuele verandering van μ, da’s de massaverhouding van protonen en elektronen, zou als zo’n overgang te zien moeten zijn.

Impressie van een zwart gat in een quasar. Credit: Robin Dienel, provided courtesy of the Carnegie Institution for Science.

De massa is nu 1,67 x 10-27 kg van het proton en 9,11 x 10-31 kg van het elektron. Er zijn theorieën buiten het gangbare Standaard Model, die zeggen dat de natuurconstanten langzaam kunnen veranderen als gevolg van de aanwezigheid van scalar velden in het heelal. Maar de uitkomst is dat ÃŽÂ¼ binnen een marge van 0,000001 al 12,4 miljard jaar hetzelfde is gebleven. Het vakartikel hierover, gepubliceerd in Physical Review Letters, is hier te vinden. Bron: Physics World.

Massa van de lichtste quarks nog nauwkeuriger bepaald

Natuurkundigen van FLAG (Flavour Lattice Averaging Group) zijn er in geslaagd om de massa van de drie lichtste quarks nog nauwkeuriger te bepalen. Geen eenvoudig werkje om dat te doen, want quarks komen nooit in losse, vrije toestand in de natuur voor, ze zitten altijd met anderen opgesloten in samengestelde deeltjes, zoals protonen, neutronen of andere vormen van hadronen. Protonen en neutronen behoren tot de baryonen – een subcategorie van de hadronen – en ze bestaan uit drie quarks, pionen en kaonen behoren tot de mesonen – een andere subcategorie – en die bestaan uit twee quarks. Eh… hallo, zijn jullie er nog? 😀

Credit: FNAL

Credit: Matt Strassler

Er zijn zes soorten quarks en daarvan zijn voor ons eigenlijk alleen de drie lichtste soorten van belang: up (u), down (d) en strange (s), yep we hanteren de Engelse termen. In alle ons omringende materie zitten protonen en neutronen, dus die twee samengestelde deeltjes zijn voor ons het meest van belang. Een proton (massa = 938,272 MeV) bestaat uit één d-quark en twee u-quarks, een neutron (m=939,565 MeV) uit twee d-quarks en één u-quark. Zo dus:Je ziet dat die quarks in de afbeelding ook nog een kleur hebben en dat is juist: quarks bezitten een zogenaamde kleurlading. Het voert te ver om daar nu op door te gaan, maar de totale kleurlading van het samengestelde deeltje is altijd 0. Dan die massa van de quarks. Al sinds de ontdekking van de lichtste quarks eind jaren zestig probeert men de massa ervan te meten. Maar omdat ze zoals gezegd nooit in losse toestand in de natuur voorkomen, zelfs niet in de hoogenergetische toestand in deeltjesversnellers, valt het niet mee hun massa te meten. De FLAG-groep is nu met behulp van de zogenaamde Lattice QCD tot de volgende massa gekomen:

mu = 2,16 MeV md = 4,68 MeV ms = 93,8 MeV

Credit: Matt Strassler

Eh… wacht eens even, hier klopt iets niet. Een proton bestaat toch uit één d-quark en twee u-quarks? Dan moet z’n massa toch 4,68 + 2,16 + 2,16 = 9 MeV zijn en niet ruim 938 MeV zoals hierboven staat? En een neutron zou met twee d-quarks en één u-quark toch 11,3 MeV massa moeten hebben en niet ruim 939 MeV? Hoe kan dat? De verklaring is simpel: protonen en neutronen hebben een massa die zo groot is als hierboven vermeld – dus 938,272 resp. 939,565 MeV – alleen wordt die massa niet uitsluitend bepaald door de quarks in hun binnenste. Want behalve de drie quarks zit er in het binnenste van protonen en neutronen nog meer, namelijk massaloze gluonen die de dragers zijn van de sterke wisselwerking of kernkracht tussen de quarks én een wolk van virtuele paren van quarks en antiquarks. Dat eenvoudige plaatje van een proton en neutron hierboven is daarom in werkelijkheid een stuk ingewikkelder en ziet er ongeveer zo uit:Het blijkt dat de massa van protonen en neutronen gevormd wordt door een combinatie van ingrediënten: de massa van de quarks, de potentiële en kinetische energie van de quarks en de wolk van virtuele quark- antiquarkparen en tenslotte de potentiële en kinetische energie van de gluonen. Er wordt wel eens beweerd dat protonen en neutronen hun massa te danken hebben aan het Higgs deeltje, maar dat is onjuist. Alleen de niet-virtuele quarks hebben hun massa daaraan te danken, dus 9 MeV van de massa van een proton en 11,3 MeV van de massa van een neutronen vinden hun oorsprong in het Higgs mechanisme, de rest ontstaat door andere processen. Bron: Francis (th)E Mule + Of Particular Significance.