LHC produceert het tt̅W-trio vaker dan het Standaard Model voorspelt

Illustratie van ttW-productie. Credit: ATLAS-experiment/CERN.

In de Large Hadron Collider, ’s werelds grootste deeltjesversneller (Ø 27 km) van CERN bij Genève, worden continu protonen tegen elkaar geknald en die botsingen leveren een lawine aan deeltjes op, zoals het in 2012 ontdekte Higgs boson. Een zeldzaam product van die botsingen is ook een trio aan deeltjes, namelijk een top-antitop quarkpaar en een W boson, afgekort als tt̅W. Bij 1 op de 50.000 protonenbotsingen ontstaat zo’n tt̅W trio. Met de enorme ATLAS detector worden de botsingen en de vervalproducten in de gaten gehouden en gedurende drie jaar zijn ook die tt̅W’s nader bestudeerd. De top-antitop quarkparen en W bosonen leven zelf zeer kort, in ene fractie van een seconde vervallen ze zelf weer in andere deeltjes en het is een complex werk om zo’n hele ‘cascade’ aan deeltjes te analyseren. De eerste tt̅W’s werden door ATLAS gezien in 2015 toen de analyse gereed was van Run 1 van de LHC, die zelf tussen 2010 en 2012 liep. En nu is de analyse gereed van de waargenomen tt̅W’s tijdens Run 2 (2015-2018). En wat blijkt: de hoeveelheid tt̅W’s is meer dan wat het Standaard Model (SM) van deeltjes en natuurkrachten voorspelt. Zie de animatie in de tweet hieronder met details van de resultaten.

#ATLASconf: Measurement of the total and differential cross-sections of tt̅W production in pp collisions at 13 TeV with the ATLAS detector (ATLAS-CONF-2023-019) https://t.co/f5RA0GL9Iu pic.twitter.com/7IIRu9nOwm

— ATLAS Publications (@AtlasPapers) April 18, 2023

Het verschil is zo’n 20%, hetgeen bevestigd wordt door experimenten met de CMS, een andere aan de LHC verbonden detector. Dit kan duiden op Nieuwe Natuurkunde, dat is natuurkunde die verder gaat dan SM, anders gezegd ‘Beyond SM’ (BSM). Maar dat hoeft niet per sé. Voorspellingen op grond van SM van vervalproducten zijn gebaseerd op complexe benaderingen en er kunnen mogelijk bepaalde effecten zijn, waar men gene rekening mee heeft gehouden, die de tt̅W-productie kunnen beïnvloeden. De vraag is dus of het allemaal conform SM is of dat er toch deeltjes of krachten nodig zijn die niet passen binnen SM.

De LHC. Credit: CERN

Men wil de tt̅W’s nu verder gaan bestuderen en daarbij ook gelijk kijken naar andere ‘vervalkanalen’, zoals de nog zeldzamere tt̅H’s (een top-antitop paar en een Higgs boson, 10 keer zeldzamer dan tt̅W’s)) en de tttt’s, waarbij vier top-quarks worden geproduceerd (50 keer zeldzamer dan tt̅W’s). Bron: SLAC.

Gerelateerde Astroblogs:

Zeldzaam verval van het Higgs boson zou kunnen wijzen op Nieuwe Natuurkunde Ook Belle II laat het zien: de lepton-universaliteit voldoet aan het standaardmodel Het Muon g-2 experiment is met nieuwe resultaten gekomen – hoe interpreteren we die?