Voor iedereen behalve een fysicus, het klinkt als iets uit 'Star Trek'. Maar de universaliteit van lepton is echt.

Het heeft te maken met het standaardmodel van de deeltjesfysica, die het gedrag van alle bekende deeltjes en krachten beschrijft en voorspelt, behalve de zwaartekracht. Onder hen zijn geladen leptonen:elektronen, muonen en taus.

Een fundamentele aanname van het standaardmodel is dat de interacties van deze elementaire deeltjes hetzelfde zijn ondanks hun verschillende massa's en levensduur. Dat is lepton-universiteit. Precisietests die processen met elektronen en muonen vergelijken, hebben geen duidelijke schending van deze aanname aan het licht gebracht. maar recente studies van het tau-lepton met een hogere massa hebben waarnemingen opgeleverd die de theorie in twijfel trekken.

Een nieuwe beoordeling van de resultaten van drie experimenten wijst op de sterke mogelijkheid dat de universaliteit van lepton - en misschien uiteindelijk het standaardmodel zelf - misschien moet worden herzien. De bevindingen van een team van internationale natuurkundigen, waaronder UC Santa Barbara, postdoctoraal wetenschapper Manuel Franco Sevilla, verschijnen in het journaal Natuur .

"Als onderdeel van mijn proefschrift aan Stanford, die was gebaseerd op eerder werk dat werd uitgevoerd bij UCSB door professoren Jeff Richman en Michael Mazur, we zagen de eerste significante waarneming van iets buiten het standaardmodel bij het BaBaR-experiment dat werd uitgevoerd in het SLAC National Accelerator Laboratory, " zei Franco Sevilla. Dit was significant maar niet definitief, hij voegde toe, opmerkend dat vergelijkbare resultaten werden gezien in meer recente experimenten uitgevoerd in Japan (Belle) en in Zwitserland (LHCb). Volgens Franco Sevilla, de drie experimenten, bij elkaar genomen, een sterker resultaat aantonen dat de universaliteit van lepton uitdaagt op het niveau van vier standaarddeviaties, wat een zekerheid van 99,95 procent aangeeft.

BaBaR, wat staat voor B-Bbar (anti-B) detector, en Belle werden uitgevoerd in B-fabrieken. Deze deeltjesversnellers zijn ontworpen om B-mesonen te produceren en te detecteren - instabiele deeltjes die ontstaan ​​wanneer krachtige deeltjesbundels botsen - zodat hun eigenschappen en gedrag met hoge precisie kunnen worden gemeten in een schone omgeving. De LHCb (Large Hadron Collider b) zorgde voor een omgeving met een hogere energie die gemakkelijker B-mesonen en honderden andere deeltjes produceerde, identificatie moeilijker maken.

Niettemin, de drie experimenten, die de relatieve verhoudingen van B-mesonverval heeft gemeten, opmerkelijk vergelijkbare resultaten gepost. De snelheden voor sommige vervalsingen waarbij het zware lepton tau betrokken is, ten opzichte van die met betrekking tot de lichte leptonen - elektronen of muonen - waren hoger dan de voorspellingen van het standaardmodel.

"Het tau-lepton is de sleutel omdat het elektron en het muon goed zijn gemeten, Franco Sevilla legde uit. "Taus zijn veel moeilijker omdat ze heel snel vergaan. Nu natuurkundigen taus beter kunnen bestuderen, we zien dat misschien niet wordt voldaan aan de universaliteit van lepton, zoals het standaardmodel beweert."

Hoewel intrigerend, de resultaten worden niet voldoende geacht om een ​​schending van de universaliteit van lepton vast te stellen. Om dit lang gekoesterde fysica-principe omver te werpen, zou een significantie van ten minste vijf standaarddeviaties nodig zijn. Echter, Franco Sevilla merkte op, het feit dat alle drie de experimenten een hoger dan verwachte tau-vervalsnelheid waarnamen terwijl ze in verschillende omgevingen werkten, is opmerkelijk.

Een bevestiging van deze resultaten zou wijzen op nieuwe deeltjes of interacties en zou ingrijpende gevolgen kunnen hebben voor het begrip van deeltjesfysica. "We weten niet zeker wat de bevestiging van deze resultaten op de lange termijn zal betekenen, " zei Franco Sevilla. "Eerst, we moeten ervoor zorgen dat ze waar zijn en dan hebben we aanvullende experimenten nodig om de betekenis te bepalen."