23 oktober 2017

Heeft de LHCb opnieuw een aanwijzing gevonden voor Nieuwe Natuurkunde?

Het LHCb experiment in Genève

Op 12 april j.l. berichtte ik over een experiment van het Fermi National Laboratory in Batavia, Illinois (VS), waarbij natuurkundigen met behulp van muonen aanwijzingen hadden gevonden dat er wellicht Nieuwe Natuurkunde is, natuurkunde BSM – Beyond Standard Model – natuurkunde die niet beschreven wordt door het Standaard Model, hét gangbare model dat de fundamentele elementaire deeltjes en de natuurkrachten ertussen beschrijft. De Europese collega’s van Fermilab, verbonden aan het Large Hardon Collider beauty experiment (LHCb), lieten deze week tijdens een CERN seminarium weten óók aanwijzingen hebben gevonden voor Nieuwe Natuurkunde. Dat experiment wordt gedaan met de LHCb, een huizengrote detector, dat gekoppeld is aan de LHC, ’s werelds grootste deeltjesversneller van CERN bij Genève. Bij het experiment kijken ze naar botsingen van B mesonen, deeltjes die uit een antiquark en een gewoon quark bestaan – de kleine ‘b’ in de naam LHCb verwijst naar de B mesonen.

Voorbeeld van een B meson dan in de LHCb detector vervalt. Credit: LHCb collaboration

Bij onderzoek in 2011 en 2012 tijdens Run 1 keken ze naar B0 mesonen, die na botsing met elkaar op verschillende manieren kunnen vervallen, in een aangeslagen kaon en een paar elektronen óf muonen. De muonen zijn zwaardere elektronen, met pakweg 200 keer zoveel massa. Afgezien van de massa is er geen verschil tussen elektronen en muonen, iets wat men lepton universaliteit noemt. Op grond daarvan zouden B0 mesonen volgens het dezelfde hoeveelheden paren elektronen en muonen moeten vervallen, behoudens een klein, berekenbaar verschil door het massaverschil. Maar wat kwam uit de experimenten naar voren: er worden minder muonen geproduceerd dan SM voorspelt, iets wat met een statistische betrouwbaarheid van 2,2 tot 2,5 sigma is gemeten – bij 2,5 sigma is er een kans van 1 op 125 dat de metingen ruis zijn.

Hierboven zie je de uitkomst van de metingen, de zwarte stippen met de onzekerheidsmarges. De blauwe stippellijn is de voorspelling volgens het SM. De grens dat wetenschappers spreken van een ontdekking is 5 sigma, als de kans 1 op 3,7 miljoen is dat de meting ruis is. In plaatst van een verhouding 50-50 in de productie van elektronparen – muonparen vond men een verhouding van 60 -40.

In de bovenste  twee Feynman grafieken in de afbeelding hierboven zie je zoals het verval van de B0 mesonen volgens SM moet zijn verlopen, een proces dat van links naar rechts verloopt – de geribbelde lijntjes stellen kortlevende, virtuele deeltjes voor. Mocht de tijdens Run 1 gemeten anomalie in de lepton universaliteit echt blijken te zijn (hetgeen nog bevestigd moet worden door recentere metingen uit Run 2, die nog duurt tot 2018) dan zou het kunnen zijn dat in werkelijkheid de twee onderste Feynman grafieken van toepassing zijn. Daarin komen twee deeltjes voor die helemaal niet voorkomen in het SM, een Z’ deeltje (spreek uit Z prime) en een Delta leptoquark, beiden voorbeelden van Nieuwe Natuurkunde. Met name die Z’ is interessant, want die wordt door theoretici in verband gebracht met een vijfde natuurkracht, technicolor genaamd.

Nee, niet deze technicolor

Drie jaar geleden werd door de LHCb al een andere anomalie gemeten bij een ander B meson, het B+ meson, dat met een statistische betrouwbaarheid van 2,6 sigma anders vervalt dan het SM voorspelt. Vermoedelijk moeten we wachten tot de uitkomsten van Run 2 er zijn, die bij hogere botsingsenergieën werkt dan Run 1, om definitief te kunnen zeggen dat er Nieuwe Natuurkunde is, iets waar de grotere broertjes van de LHCb, de ATLAS en CMS detectoren, tot nu toe niet in geslaagd zijn. Bron: CERN + Gizmodo.

Reacties

  1. “The LHCb is like a box of chocolates, you never know what you gonna get” (Forrest Gump)

  2. Nee, A box of chocolates is like a LHCb, you never know what you gonna get. (Gump Forest)

Laat wat van je horen

*