Het LHCb-experiment heeft hints gevonden van wat een nieuw stukje van de puzzel van de ontbrekende antimaterie in ons universum zou kunnen zijn. Ze hebben verleidelijk bewijs gevonden van een fenomeen dat ladingpariteit (CP) wordt genoemd in deeltjes die bekend staan ​​als baryonen - een familie van deeltjes waarvan de bekendste leden de protonen en neutronen zijn die alle materie in het universum vormen.

Het idee dat de baryonen die uit materie zijn gemaakt zich precies zo gedragen als hun antimaterie-tegenhangers, houdt verband met het idee van CP-symmetrie. Elke schending van deze symmetrie zou impliceren dat de wetten van de fysica niet hetzelfde zijn voor materie- en antimateriedeeltjes.

Dit is belangrijk omdat een gedetailleerd begrip van hoe deze symmetrie in de natuur wordt geschonden, kan bijdragen aan het verklaren van de overweldigende overmaat aan materie ten opzichte van antimaterie die in ons universum wordt waargenomen, ondanks het feit dat de oerknal in de eerste plaats gelijke hoeveelheden materie en antimaterie had moeten creëren.

Het standaardmodel (SM) van deeltjesfysica voorspelt dat er ook in de baryonsector een kleine hoeveelheid CP-schending bestaat. Hoewel CP-schendende processen al meer dan 50 jaar worden bestudeerd, er waren geen significante effecten waargenomen met baryonische deeltjes. Bovendien, CP-schending zoals beschreven in de SM is niet groot genoeg om de veel grotere onbalans tussen materie en antimaterie te verklaren. Daarom, andere CP-schendingsbronnen moeten bijdragen, en een van de belangrijkste doelen van LHCb is juist het zoeken naar nieuwe bronnen van CP-schending.

Het nieuwe LHCb-resultaat is gebaseerd op een analyse van gegevens die zijn verzameld tijdens de eerste drie jaar van de Large Hadron Collider (LHC)-operaties. Van alle mogelijke kortlevende deeltjes die ontstaan ​​als gevolg van een proton-protonbotsing, de samenwerking vergeleek het gedrag van de Λb0-baryon en zijn antimaterie-tegenhanger, b ⁰ -bar, wanneer ze vervallen in een proton (of antiproton) en drie geladen deeltjes die pionen worden genoemd. Dit proces is uiterst zeldzaam en is nog nooit eerder waargenomen. Dankzij de hoge productiesnelheid van deze baryonen bij de LHC en de gespecialiseerde mogelijkheden van de LHCb-detector kon de samenwerking een zuiver monster van ongeveer 6000 van dergelijke vervalsingen verzamelen.

De LHCb-samenwerking vergeleek de verdeling van de vier vervalproducten van de Λb ⁰ en b ⁰ -baryonen en berekende specifieke grootheden die gevoelig zijn voor de CP-symmetrie. Elk significant verschil, of asymmetrie, tussen dergelijke hoeveelheden voor de zaak en antimateriezaken zou een manifestatie zijn van CP-schending.

De LHCb-gegevens onthulden een significant niveau van asymmetrieën in die CP-overtredinggevoelige hoeveelheden voor de Λb ⁰ en b ⁰ -bar baryon vervalt, met verschillen in sommige gevallen zo groot als 20 procent.

Algemeen, de statistische significantie – zo verwijzen natuurkundigen naar de kans dat dit resultaat niet door toeval is ontstaan ​​– ligt op het niveau van 3,3 standaarddeviaties, en een ontdekking wordt geclaimd wanneer deze waarde vijf standaarddeviaties bereikt. deze resultaten, vandaag gepubliceerd in Natuurfysica , zal binnenkort worden bijgewerkt met de grotere dataset die tot nu toe is verzameld tijdens de tweede run van de LHC. Als dit eerdere bewijs voor CP-schending opnieuw wordt gezien met een grotere betekenis in de grotere steekproef, het resultaat zal een belangrijke mijlpaal zijn in het onderzoek naar CP-schending.