Het LHCb-experiment van CERN bij Genève heeft mogelijke afwijkingen van de deeltjestheorie gevonden die aansluiten bij wat andere experimenten zien. Dat kan opnieuw een aanwijzing zijn voor nieuwe onbekende deeltjes.
Het nieuwe LHCb22 resultaat, samen met eerdere metingen van andere experimenten als BarBar en Belle. Het rode ovaal is het wereldgemiddelde, het zwarte kruisje wat het Standaardmodel voorspelt. Credit: LHCb collaboration.
Op18 oktober zijn bij CERN de resultaten bekend gemaakt van de LHCb-test van de zogenoemde lepton-universaliteit. Dat is het principe dat de standaard deeltjestheorie geen fundamenteel onderscheid ziet tussen elektronen en de zwaardere versies daarvan: muonen en tau-deeltjes. Als er wel zo’n verschil bestaat, moet het bestaande en veelgeteste Standaardmodel worden aangepast of misschien uitgebreid, denken fysici al jaren. Eerder speurden om die reden BarBar in de VS en Belle in Japan naar verschillen tussen de drie elektron-achtigen. Zij vonden hints voor afwijkingen, maar nog geen hard bewijs.
D-mesonen
Het LHCb-experiment, waarin Nikhef een belangrijke partner is, bekijkt vooral het verval van zogeheten B-mesonen die ontstaan als protonen uit de LHC-versneller op elkaar botsen. B-mesonen bevatten een b-quark dat via de zwakke wisselwerking naar een c-quark kan vervallen. Daarbij ontstaan zogeheten D-mesonen plus in theorie even vaak muonen of taudeeltjes, afgezien van correcties voor hun massa. In de ingewikkelde processen met twee verschillende soorten D-mesonen ziet LHCb nu aanwijzingen voor een afwijking van wat het standaardmodel voorspelt. De metingen zelf liggen statistisch meer dan 3 sigma van de voorspelde standaardwaarde, een hint voor een afwijking maar nog geen hard bewijs.
The science highlight of this week for me was the announcement of the measurement of a rare B meson decay by the @LHCbExperiment at the Large Hadron collider.
Why is this such a big deal that @Gino06004284 called it ’the mother of all anomalies’ ?
🧵 1/13 pic.twitter.com/eBDimHNdeQ
— Martin Bauer (@martinmbauer) October 19, 2022
Tien jaar
Aan de gecombineerde analyses is ruim zeven jaar gewerkt. Eerder had LHCb een resultaat voor een van beide D-mesonen dat statistisch nog in overeenstemming met het Standaardmodel kon zijn. De nieuwe meting verandert het gemiddelde en de onzekerheid van alle experimenten samen nauwelijks, zei hoofdonderzoeker en voormalig Nikhef-postdoc Greg Ciezarek 18 oktober op het seminar in Genève.
“Dit verandert niet meteen de wereld, maar het is een goede reden om hieraan verder te werken”, zei hij. Dat de verschillende experimenten relatief dicht bij elkaar liggen noemde hij belangrijk. In een eerste reactie zei Nikhef-onderzoeker Suzanne Klaver vanuit Genève blij te zijn dat de analyses eindelijk af zijn en zo overtuigend. Ze werkt zelf aan een vergelijkbaar b-verval analyse.
Leptoquark
De huidige resultaten berusten op metingen van LHCb in de eerste jaren van de LHC-versneller, de zogeheten Run1. Inmiddels is er ook een veel ruimere dataset van Run2, die wacht op volledige analyse, en worden ook weer nieuwe metingen gedaan met de juist herstarte LHC-versneller. Theoretici hebben verschillende verklaringen geopperd voor een eventueel verschil tussen elektronen en muonen of taudeeltjes. Een ervan is een zogeheten lepto-quark, een deeltje dat zowel met quarks interactie heeft als met leptonen. Zoiets bestaat niet in het huidige Standaardmodel. Bron: Nikhef.
“Hoera, het standaard model klopt niet (helemaal)!”
Kans op nieuwe deeltjes … en nieuw onderzoek. De ‘wereld’ is nog niet af.
Groet, Paul