18 oktober 2021

Waar komen die pinguïns vandaan?

Afgelopen week werd in het Italiaanse skioord La Thuile het jaarlijkse congres van hoge energiefysica gehouden, de Rencontres de Moriond. Daar werden onder andere de resultaten bekendgemaakt van de LHCb, de ‘Large Hadron Collider beauty‘, één van de vier grote detectoren die verbonden is aan de Large Hadron Collider (LHC) bij Genéve – hier, hier en hoppa nog eens hier de presentaties ervan. Dat beauty in de naam slaat op de quarks-variant, die vroeger deze naam droeg, maar die tegenwoordig ‘bottom’ wordt genoemd. Met de LHCb kijken ze naar de deeltjes die ontstaan bij de protonenbotsingen en daarbij kijken ze met name naar b-hadronen, deeltjes met zo’n zwaar type quark erin. Hieronder een overzicht van de LHCb detector.

De LHCb detector. Credit: LHCb Collaboration

De LHC heeft afgelopen twee jaar in onderhoud gestaan om ‘m naar hogere botsingsenergieën te tillen (‘Long Stop 1’), dus recente experimenten zijn er met de LHCb niet gedaan. Maar ze hebben wel de gegevens van Run 1, die liep van 23 november 2009 t/m 14 februari 2013, nog eens goed geanalyseerd en daar zijn verrassende resultaten uit naar voren gekomen. Na de eerste analyse van de gegevens uit 2010-2011 was een anomalie vastgesteld, een afwijking die niet kon worden verklaard met het Standaard Model (SM) van de deeltjesfysica. Het betreft een anomalie in het verval van een B-meson in een kaon en twee muonen, die ze vonden bij energieën tussen 4 en 7 GeV (zie afbeelding hieronder) – in oranje de voorspelde waarden volgens SM, vanaf 10 GeV zijn geen goede voorspellingen met SM te geven.

Credit: LHCb Collaboration

Het verval van de deeltjes kan met behulp van Feynmandiagrammen worden weergegeven en het verval van dit specifieke B-meson geeft een Feynmandiagram dat lijkt op een Pinguïn, zoals je op de afbeelding bovenaan ziet. Men spreek dan ook van Pinguïn verval, een term die begon met een weddenschap die de beroemde natuurkundige John Ellis in 1977 aanging bij een potje darts en die hij verloor.

Het Pinguïn verval. De overgang van het b quark naar het s quark (‘s’ van strange) zou kunnen plaatsvinden via het Z’ boson, weergegeven met de stippellijn.

Zoals gezegd hebben ze onlangs de gegevens [1]de eerste analyse was met 1 inverse femtobarn aan data, de nieuwe analyse heeft drie keer zoveel data gebruikt. met nieuwe methodes weer geanalyseerd en de verwachting was dat het hobbeltje uit Run 1 zou verdwijnen. Maar wat bleek: de hobbel bleef bestaan en de statistische betrouwbaarheid ervan was 3,7sigma. – een betrouwbaarheid van 5sigma is nodig om te spreken van een ontdekking. De sterkte van de hobbel was weliswaar minder ten opzichte van de eerdere analyses, maar de hoeveelheid ruis was ook weer verminderd en netto bleef de hobbel even sterk. Door deze bevestiging is afgelopen week de geruchtenmachine flink op gang gekomen dat de door LHCb gevonden anomalie wellicht wijst op het bestaan van een nieuw elementair deeltje, het zogeheten Z’ boson (spreek uit ‘Zet prime’). Ik zeg hier met nadruk op wellicht, want de betrouwbaarheid is nog te laag om er echt juichend over te zijn én er bestaat de mogelijkheid dat de hobbel gebaseerd is op verkeerde berekeningen, zoals Francis Naukas vermoedt.

Een voorbeeld van een waargenomen B°>K*°?? verval, waar ook nog een pion bij wordt geproduceerd.

Natuurkundigen kennen al een Z-boson, een in 1983 ontdekt elektrisch neutraal deeltje dat verantwoordelijk is voor de zwakke wisselwerking, de natuurkracht die zorgt voor radioactief verval van deeltjes. Z’ zou een zware variant zijn van het Z-boson en het zou horen bij een nieuwe, vijfde natuurkracht, een kracht die niet door SM wordt beschreven en die daarom behoort tot de BSM, nieuwe natuurkunde ‘beyond standard model‘. Wellicht is die vijfde natuurkracht Technicolor, waar eerder ze in 2011 bij het Amerikaanse Fermilab al signalen voor hadden gevonden. Verdere metingen in Run 2, waarvan de verwachting is dat in mei dit jaar de eerste protonenbotsingen zullen plaatsvinden, met een hogere botsingsenergie van maar liefst 13 TeV, zullen hopelijk uitwijzen of de anomalie echt is of niet en of ze met de LHCb inderdaad een signaal van een Z’ boson hebben gevonden.  Bron:

References

References
1 de eerste analyse was met 1 inverse femtobarn aan data, de nieuwe analyse heeft drie keer zoveel data gebruikt.

Comments

  1. Die Pinguïns komen overigens ook in het universum voor. Vandaag kwam de ESO met dit bericht: http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2015/03/Porpoise_or_penguin 😀

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.