Alle natuurkundige theorieën zijn vereenvoudigde weergaven van de werkelijkheid, en als gevolg daarvan, een gespecificeerd toepassingsgebied hebben. Veel wetenschappers die bij CERN aan het LHCb-experiment werkten, hadden gehoopt dat de uitzonderlijke nauwkeurigheid bij het meten van het zeldzame verval van het Bs0-meson eindelijk de grenzen van het standaardmodel zou afbakenen. de huidige theorie van de structuur van materie, en verschijnselen onthullen die de moderne natuurkunde niet kent. Maar het spectaculaire resultaat van de laatste analyse heeft het toepassingsgebied van het standaardmodel alleen maar vergroot.

Mesonen zijn onstabiele deeltjes die ontstaan ​​als gevolg van protonbotsingen. Natuurkundigen zijn ervan overtuigd dat bij enkele zeer zeldzame vervalsingen van deze deeltjes, kunnen mogelijk processen optreden die fysica, met de deelname van voorheen onbekende elementaire deeltjes. Wetenschappers van de LHC hebben onderzoek gedaan naar het verval van het Bs0-meson in een muon en een anti-muon. De meest recente analyse, uitgevoerd voor een veel groter aantal evenementen dan ooit tevoren, heeft een resultaat bereikt dat uitstekende overeenstemming vertoont met de voorspellingen van het standaardmodel.

Prof. Mariusz Witek van het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN) in Krakau, zegt, "Dit resultaat is een spectaculaire overwinning, alleen dat het een beetje pyrrus is. Het is, in feite, een van de weinige gevallen waarin experimenten overeenkomen met theorie, maar baart toch zorgen. Samen met de verbetering van de nauwkeurigheid van de meting van het verval van Bs0-mesonen, we verwachtten nieuwe fenomenen te zien die verder gaan dan het standaardmodel, waarvan we weten dat het zeker niet de ultieme theorie is. Maar in plaats daarvan, we hebben alleen aangetoond dat het model nauwkeuriger is dan we aanvankelijk dachten."

Het standaardmodel is een theoretisch raamwerk dat in de jaren zeventig is ontwikkeld om verschijnselen te beschrijven die zich voordoen tussen elementaire deeltjes. Het model beschrijft materie als samengesteld uit elementaire deeltjes uit een groep genaamd fermionen, inclusief quarks (down, omhoog, vreemd, charme, waar en schoonheid) en leptonen (elektronen, muonen, tauonen en de bijbehorende neutrino's). In het model, er zijn ook deeltjes antimaterie geassocieerd met hun respectieve deeltjes materie. Tussenbosonen zijn verantwoordelijk voor het dragen van krachten tussen fermionen; fotonen zijn de dragers van elektromagnetische krachten; acht soorten gluonen zijn dragers van sterke krachten; bosonen W+, W- en Z0 zijn verantwoordelijk voor het dragen van zwakke krachten. Het Higgs-deeltje, onlangs ontdekt bij de LHC, geeft deeltjes massa (allemaal behalve gluonen en fotonen).

Muonen zijn elementaire deeltjes met kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van elektronen, slechts ongeveer 200 keer massiever. Beurtelings, B-mesonen zijn onstabiele deeltjes die bestaan ​​uit twee quarks:een beauty-antiquark en een down, omhoog, vreemde of charm-quark. Het verval van het Bs0-meson in een muon en een anti-muon (begiftigd met positieve elektrische lading) komt uiterst zelden voor. In de geanalyseerde periode van LHCb-werking, er waren honderden biljoenen protonbotsingen waarbij hele cascades van uiteenvallende secundaire deeltjes werden geregistreerd. Met zo'n groot aantal evenementen in een selectieproces dat uit meerdere fasen bestaat, het was slechts mogelijk om enkele gevallen van dit verval eruit te pikken. Een ervan is hier in 3D te bekijken.

In zijn meest recente analyse, het LHCb-experimententeam hield niet alleen rekening met de eerste maar ook met de tweede fase van de werking van de LHC. De diepere statistieken zorgden voor een uitzonderlijke nauwkeurigheid van de vervalmeting van het schoonheidsmeson in een muon en anti-muon - tot 7,8 standaarddeviaties (meestal aangeduid met de Griekse letter sigma). In praktijk, dit betekent dat de kans op het registreren van een vergelijkbaar resultaat door willekeurige fluctuatie kleiner is dan één tot meer dan 323 biljoen.

"De spectaculaire meting van het verval van het schoonheidsmeson in een muon-anti-muonpaar komt overeen met de voorspellingen van het standaardmodel met een nauwkeurigheid tot negen decimalen, " zegt prof. Witek.

Ondanks het resultaat, natuurkundigen zijn ervan overtuigd dat het standaardmodel geen perfecte theorie is. Het houdt geen rekening met het bestaan ​​van zwaartekracht, het verklaart niet de dominantie van materie over antimaterie in het hedendaagse universum, het biedt geen verklaring voor de aard van donkere materie, het geeft geen antwoord op de vraag waarom fermionen uit drie families zijn samengesteld. In aanvulling, om het standaardmodel te laten werken, er moet rekening worden gehouden met meer dan 20 empirisch gekozen constanten, inclusief de massa van elk deeltje.

"De laatste analyse beperkt de waarden van de parameters die moeten worden aangenomen door bepaalde momenteel voorgestelde uitbreidingen van het standaardmodel aanzienlijk, bijvoorbeeld:supersymmetrische theorieën. Ze gaan ervan uit dat elk bestaand type elementair deeltje zijn eigen massievere tegenhanger heeft:zijn superpartner. Nutsvoorzieningen, als resultaat van de metingen, theoretici die zich bezighouden met supersymmetrie hebben een verminderde mogelijkheid om hun theorie aan de werkelijkheid aan te passen. In plaats van dichterbij te komen, de nieuwe fysica is weer aan het terugtrekken, " concludeert prof. Witek.

Natuurkundigen zijn van plan hun onderzoek naar het verval van het Bs0-meson in het muon- en anti-muonpaar voort te zetten. Er is nog steeds een mogelijkheid dat nieuwe, onontdekte effecten zijn kleiner dan verwacht en blijven verloren gaan in meetfouten.