Het LHCb experiment. Credit: CERN/LHcB Collaboration.
Afgelopen week had je in het Italiaanse skioord Rencontres de Moriond het jaarlijkse natuurkundeconferentie en daar werden onder andere de resultaten bekendgemaakt van het LHCb-experiment, dat verbonden is aan CERN’s Large Hadron Collider (LHC), ’s werelds grootste deeltjesversneller vlakbij Genève. Dat LHCb staat voor ‘Large Hadron Collider beauty‘, een naam die verwijst naar het b-quark, het bottom quark, waar de experimenten om draaien. In Moriond kwamen twee verrassende resultaten naar voren, die weliswaar geen voorpaginanieuws waren, maar die toch zeker interessant zijn om te weten en te volgen:
- ten eerste is er de al decennia oude vraag waarom er meer materie dan antimaterie in het heelal is en voor het antwoord heeft de LHCb een duidelijke aanwijzing gevonden. Omdat alles in het heelal in principe symmetrisch verloopt zou je verwachten dat er na de oerknal net zoveel materie als antimaterie moet zijn ontstaan, maar dat is duidelijk niet het geval – het heelal bestaat voor het allergrootste deel uit materie. Wil je dat verklaren dan moet je af van die symmetrie en moet er een zogeheten CP schending plaatsvinden, een schending van de CP symmetrie. Al in 1964 werd die schending waargenomen in het verval van Kaonen, een soort mesonen die uit twee quarks bestaan, waarvan eentje een ‘strange’ quark. In 2001 zag men zo’n schending in het verval van B-mesonen, ook uit twee quarks bestaande, waarvan eentje een ‘bottom’ quark. En nu dan anno 2019 (op basis van waarnemingen van 2011 t/m 2018) heeft men een derde schending waargenomen en wel in het verval van D0 mesonen, ook uit twee quarks bestaande, waarvan eentje een ‘charm’ quark.
Credit: CERN/LHcB Collaboration.
De bottom quark en de strange quark hebben een lading van -1/3 en in die zin waren de schendingen die in 1964 en 2001 werden waargenomen vergelijkbaar. De nu waargenomen CP schending is anders, want het charm quark heeft een lading van 2/3. Het was theoretisch al voorspeld, maar nu dan eindelijk waargenomen.
- ten tweede heeft men met het LHCb experiment in het verval van het B-meson een afwijking geconstateerd van het Standaardmodel. Dat Standaardmodel bestaat uit quarks en leptonen, die in drie generaties onderverdeeld zijn. Gewone materie is gebouwd uit up- en down-quarks en elektronen. Maar van elk van die deeltjes bestaan ook twee zwaardere varianten. Die drievoudige opbouw is een van de centrale raadsels in de deeltjesfysica. Volgens het Standaardmodel verschillen de generaties alleen in hun massa’s. Maar waarom er uberhaupt drie generaties zijn is niet begrepen. Experimenten als LHCb proberen die zogeheten lepton-universaliteit in detail te testen, om te zien of er echt niet meer verschillen dan alleen de massa zijn. Afwijkingen zouden aanwijzingen naar een verklaring van de deeltjesstructuur kunnen betekenen. Volgens het Standaardmodel zijn de twee vervalroutes van B-deeltjes – één route met twee elektronen als gevolg en eentje met twee muonen als gevolg – even waarschijnlijk en moeten bij metingen van B-verval ongeveer evenveel elektronen als muonen ontstaan. Dat leidt tot een verhouding R van 1. Bij eerdere metingen uit 2008 kwam geen verhouding R van 1 maar van 0,75 +- 0,09. Echt in tegenspraak met het Standaardmodel was dat echter niet, omdat de uitkomst statistisch te zwak was en de afwijking ook gewoon toeval kon zijn. En waar kwam men deze week in Moriond mee aan? Met een nieuwe waarde voor de elektron-muonverhouding van 0,85+-0,06 (zie de grafiek hieronder).
Credit: CERN/LHcB Collaboration.
Dat lijkt dichter bij 1, maar de statistici van LHCb stellen ook vast dat het resultaat nog net zo ongewis is als bij de eerdere uitkomst. Wordt vervolgd dus!
Bron: Francis Naukas + NIKHEF
