Deeltjesversnellers zijn krachtige apparaten die elektromagnetische velden gebruiken om geladen deeltjes zoals elektronen of protonen voort te stuwen met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, sla ze dan frontaal in elkaar. Wat er in een oogwenk gebeurt tijdens deze botsingen met hoge snelheid, kan ons iets vertellen over enkele van de fundamentele geheimen van de natuur.

In een nieuw artikel in het nummer van 1 juni van het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , Bhupal Dev, assistent-professor natuurkunde in Arts &Sciences aan de Washington University in St. Louis, beschrijft hoe toekomstige versnellers op een nieuwe manier geladen deeltjes tegen elkaar kunnen laten botsen om licht te werpen op hun gedrag.

Theoretici zoals Dev werken aan het schetsen van de grote ideeën die de experimentele aanpak voor de volgende generatie botsers zullen vormen, zoals de International Linear Collider, in Japan gebouwd worden, of de Circular Electron-Positron Collider, voorgesteld in China.

ontwikkelaar, die het artikel schreef met postdoctoraal fellow Yongchao Zhang van de Washington University en Rabi Mohapatra van de University of Maryland, is op zoek naar een duidelijk signaal van iets dat verder gaat dan het standaardmodel van de deeltjesfysica.

"Er is sterk experimenteel bewijs dat er inderdaad wat nieuwe fysica op de loer ligt in de leptonsector, ' zei Dev.

Hij en zijn medewerkers geloven dat een nieuwe botser gebouwd is om puntachtig samen te vallen, geladen deeltjes genaamd leptonen, die geen interne structuur hebben, is de beste gok voor het vinden van deze nieuwe fysica.

Deze benadering verschilt van de benadering die wordt gebruikt bij de beroemdste deeltjesversneller van vandaag:de Large Hadron Collider (LHC). Gebouwd door de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, of CERN, onderzoekers gebruikten de LHC om het Higgs-deeltje te ontdekken, het deeltje dat zogenaamd massa geeft aan alle elementaire deeltjes.

Maar er zijn diepgaande vragen die de LHC niet bij uitstek geschikt is om te beantwoorden.

Het nieuwe werk van Dev over leptonversnellers werd aanvankelijk gemotiveerd door het fenomeen van neutrino-oscillaties. Neutrino's zijn de elektrisch neutrale tegenhanger van de geladen leptonen, en er is waargenomen dat ze op een kwantummechanische manier van de ene soort in de andere veranderen. Dit suggereert een kleine, maar niet-nul, massa voor neutrino's.

"Sinds we neutrino-oscillaties direct hebben waargenomen, onderzoekers hebben geprobeerd het equivalente effect te zien in de geladen broers en zussen van neutrino's, zoals muonen die in elektronen veranderen, ' zei Dev.

Dit zou een beter begrip geven van de generatie van neutrinomassa's, wat moeilijk te verklaren is door hetzelfde Higgs-mechanisme als voor andere elementaire deeltjes.

Maar tot nu toe, zoekopdrachten naar dergelijke zeldzame processen zijn beperkt gebleven tot energieën die veel lager zijn dan verwacht op de nieuwe natuurkundige schaal.

In hun nieuwe krant Dev en collega's stellen voor hoe te zoeken naar het bewijs van lepton "smaakschending" - het moment van transformatie van geladen deeltjes in andere soorten geladen deeltjes - aan de hoge energiegrens, met behulp van de nieuwe verstuivers. In het standaardmodel, het is bekend dat deze effecten verwaarloosbaar zijn. Daarom, elk positief signaal zou een teken zijn van nieuwe fysica.

Vooral, ze suggereren een mogelijkheid die ontstaat door de aanwezigheid van een nieuw type Higgs-deeltje dat verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de kleine neutrinomassa's.