23 juni 2017

Wat B-mesonen ons leren over de oerknal en natuurkunde buiten het Standaard Model

Credit: LHCb Collaboration, CERN.

B-mesonen zijn samengestelde deeltjes – géén elementaire deeltjes – die bestaan uit één bottom antiquark en één ander quark, een up quark (B+), down quark (B0), strange quark (B0s) of charme quark (B+c)1. De B-mesonen worden onderzocht in deeltjesversnellers en dat heeft de laatste tijd enkele nieuwe inzichten opgeleverd in zowel de theorie van de oerknal als de (mogelijke) natuurkunde buiten het Standaard Model.

  • De B-mesonen worden onder andere onderzocht bij het LHCb experiment, het ‘Large Hadron Collider beauty experiment’ – het bottom quark wordt ook wel het beauty quark genoemd – dat verbonden is aan ’s werelds grootste deeltjesversneller LHC van CERN bij Genève. Natuurkundigen van de Universiteiten van Krakow en Zürich hebben nu aanwijzingen gevonden in het verval van B+ mesonen, die op hun beurt ontstaan als vervalproduct bij de botsingen van protonen in de LHC, dat het lichtste inflaton vermoedelijk niet bestaat. Dat inflaton is een hypothetisch deeltje, dat in de allereerste momenten van de oerknal, waarmee het heelal 13,8 miljard jaar geleden onstond, een zeer belangrijke rol speelde. Kosmologen denken dat in die eerste fractie een kortstondige periode van exponentiële expansie van het heelal moet hebben opgetreden, de zogeheten inflatieperiode (zie afbeelding hieronder).

    Bron van energie om die expansie te realiseren is het inflatonveld, een energieveld dat vergelijkbaar is met het alomaanwezige Higgsveld. Zo’n veld heeft een ‘drager’ en dat is in het geval van het Higgsveld het Higgs deeltje, dat in 2012 met de LHC is ontdekt en dat een massa van 125 GeV heeft. Drager van het inflatonveld is het inflaton, een vooralsnog hypothetisch deeltje. Theoretici hadden sinds de ontdekking van het Higgs deeltje berekend dat het inflaton nog lichter dan het Higgs deeltje zou zijn. Als zo’n licht inflaton echt zou bestaan, dan zou het soms tevoorschijn moeten komen bij verval van B+ mesonen in kaonen (K+ mesonen) en Higgs deeltjes – de laatste zou dan via een zogeheten oscillatie moeten transformeren tot een inflaton, dat korte tijd later zelf weer uiteen zou moeten vallen in een muon en antimuon. Maar de dames en heren onderzoekers vonden niets, de lichte inflatonen werden niet gevonden. Bron: IFJ.

  • Naast het onderzoek door LHCb worden de B-mesonen ook onderzocht in zogeheten B factories, te weten BABAR in de VS en Belle in Japan. In alle drie de experimenten is onderzoek gedaan naar de zogeheten lepton universaliteit: er zijn drie soorten leptonen, electronen, muonen en tau leptonen. B-mesonen kunnen in leptonen vervallen en rekening houdend met de massaverschillen zouden de drie soorten in gelijke hoeveelheden moeten worden geproduceerd, da’s wat de natuurkundigen lepton universaliteit noemen. Recent onderzoek bij LHCb, BABAR en Belle heeft nu duidelijk gemaakt dat er iets meer tau leptonen worden geproduceerd dan verhoudingsgewijs zou moeten volgens het Standaard Model (SM) en de lepton universaliteit.

    De statistische betrouwbaarheid van de metingen is 4 sigma, iets minder dan de vijf die nodig is om het bewijs te noemen, maar het is hoog genoeg om de natuurkundigen opwinding te bezorgen. Het betekent namelijk dat het Standaard Model – hét model waarmee alle elementaire deeltjes en hun interacties worden beschreven – niet compleet is en dat er ook natuurkunde buiten het Standaard Model bestaat, physics BSM. Het zou kunnen betekenen dat er naast het bekende Higgs boson nog een variant bestaat. Of dat er een zogeheten lepto-quark bestaat, een hypothetische combi van lepton en quark. Hier het vakartikel, dat er deze week over verscheen in Nature. Bron: SLAC.

Noten
  1. Alleen combinaties van een bottom antiquark met het zesde soort quark, het zware top quark, schijnen niet te bestaan, omdat het top quark maar zéér kort leeft. En combinaties van een bottom antiquark met een bottom quark heten weer geen B-mesonen, maar bottonium, om het allemaal wat ingewikkelder te maken. []

Reacties

  1. De vraag is of het elementaire Higgsdeeltje op dat moment al “geschapen” was. Het onstabiele deeltje heeft een levensduur van 1.56×10?22 sec dat o.a. in fotonen (die we nog niet in de CMB ontdekt hebben) uiteen kan vallen en zou toen al alom aanwezig geweest moeten zijn in die oersoep. Feit is dat je dit “elementaire” deeltje op elk moment na de oerknal kan creëren uit protonen (LHC/Atlas). Volgende theorie 🙂 Nu het artikel maar eens lezen….

  2. ObelixObelix zegt:

    “Het lichtste Inflaton bestaat vermoedelijk niet”.
    Ik neem dan aan dat er wel al andere inflatonen zijn gevonden, want zonder dit boson, kan er vast en zeker geen inflatieperiode zijn geweest. En laat dat nu ‘een drager’ van de oerknal-theorie zijn. 😉

    Groet, Paul

Laat wat van je horen

*