Sinds enige tijd, onderzoekers hebben verschillende anomalieën opgemerkt in het verval van schoonheidsmesonen in de gegevens die binnenkomen van het LHCb-experiment bij de Large Hadron Collider. Zijn het meer dan alleen statistische fluctuaties? De laatste analyse, rekening houdend met zogenaamde langeafstandseffecten bij het verval van deeltjes, vergroot de kans dat de afwijkingen geen fout zijn in de meettechnieken.

Terwijl wetenschappers die op zoek zijn naar directe sporen van nieuwe fysica, alle mogelijke nieuwe signalen in deeltjesbotsingen proberen te elimineren, het onthullen van de leegte voorspeld door het standaardmodel, anderen die naar andere fenomenen kijken, beginnen steeds meer afwijkende signalen te zien in de oceaan van onopgeloste gegevens.

Het standaardmodel is een reeks theoretische instrumenten die in de jaren zeventig zijn ontwikkeld om verschijnselen te beschrijven die zich voordoen op de schaal van atoomkernen en elementaire deeltjes. Het werkt heel goed, maar kan geen antwoord geven op enkele belangrijke vragen. Waarom hebben elementaire deeltjes een bepaalde massa? Waarom creëren ze gezinnen? Waarom domineert materie zo duidelijk over antimaterie? Waaruit bestaat donkere materie? Er is een gegronde overtuiging onder natuurkundigen dat het standaardmodel slechts een fragment van de werkelijkheid beschrijft, en moet worden verlengd.

"Lange tijd in de LHC, er is een intense jacht geweest op alles wat niet verklaard kan worden door de huidige fysica. Momenteel, het zoeken naar nieuwe deeltjes of fenomenen op een directe manier blijft vruchteloos. Echter, er zijn verschillende anomalieën gevonden in gegevens die verval van schoonheidsmesonen bevatten. Ze worden met de dag interessanter, want hoe meer gegevens we verwerken en hoe meer effecten we in aanmerking nemen bij het beschrijven ervan, hoe meer ze zichtbaar zijn, " legt Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN, Universiteit van Zürich), co-auteur van de laatste publicatie in het tijdschrift Europees fysiek tijdschrift C . De andere drie auteurs zijn Christoph Bobeth van de Technische Universiteit van München, Danny van Dyk van de Universiteit van Zürich (UZ), en Javier Virto van de PM en het Center for Theoretical Physics aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, ONS.

mesonen, deeltjes gemaakt van quark-antiquark-paren, komen in vele soorten. De B ​​(beauty) mesonen bevatten een down-quark, een van de componenten van protonen en neutronen die in de natuur veel voorkomen, en een beauty anti-quark. Mesonen zijn onstabiele systemen en vallen snel uiteen op manieren die worden beschreven als kanalen van verval. Een van deze afwijkingen werd waargenomen in het vervalkanaal van meson B naar een ander meson (K*; dit meson bevat een vreemde quark in plaats van een beauty-quark) en een muon-antimuon-paar (muonen zijn elementaire deeltjes met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met elektronen, slechts bijna 200 keer massiever).

"Bij eerdere berekeningen aangenomen werd dat wanneer het meson uiteenvalt, er zijn geen interacties meer tussen haar producten. In onze laatste berekeningen, we hebben ook effecten op lange afstand opgenomen die charm-loops worden genoemd. Met een zekere waarschijnlijkheid de producten van verval interageren met elkaar, bijvoorbeeld het uitwisselen van gluonen, het deeltje dat verantwoordelijk is voor sterke interacties, bindende quarks in protonen en neutronen, " zegt dr. van Dyk (UZ).

Het effect van metingen in de natuurkunde wordt meestal beschreven door de waarde van de sigma-standaarddeviatie. Een effect dat meer dan drie standaarddeviaties (3 sigma) afwijkt van de voorspellingen wordt als een waarneming behandeld. Er wordt gezegd dat er een ontdekking is gedaan wanneer de nauwkeurigheid boven de 5 sigma komt (wat een kans van minder dan één op 3,5 miljoen betekent dat willekeurige fluctuatie het waargenomen resultaat zal geven). Analyses van het verval van B-mesonen naar K*-mesonen en a muon-antimuonparen toonden een spanning met standaardmodelvoorspelling van 3,4 sigma (in andere vervalkanalen, anomalieën van vergelijkbare aard werden waargenomen). In de tussentijd, de opname van lange-afstandseffecten in de theoretische beschrijving verhoogde deze waarde tot 6,1 sigma. De onderzoekers hopen dat de wiskundige methoden die ze hebben voorgesteld, toegepast op soortgelijke vervalkanalen, zal ook de nauwkeurigheid van schattingen aanzienlijk vergroten.

“De geconstateerde anomalieën verdwijnen niet in latere analyses. Nu de theoretische beschrijving van deze processen is uitgewerkt, alles hangt alleen af ​​van de statistische precisie, die wordt bepaald door het aantal verval dat wordt geanalyseerd. We zullen waarschijnlijk binnen twee of drie jaar voldoende hoeveelheid hebben om het bestaan ​​van een anomalie te bevestigen met een geloofwaardigheid die ons het recht geeft om over een ontdekking te praten, " zegt dr. Chrzaszcz.

De oorsprong van de waargenomen anomalieën blijft onbekend. Veel natuurkundigen stellen dat een onbekend elementair deeltje buiten het standaardmodel verantwoordelijk kan zijn voor hun bestaan. Een goede kandidaat, bijvoorbeeld, zou het Z'-boson zijn, voorgesteld door theoretici. Directe verificatie van deze hypothese, echter, zou verdere experimenten vereisen die worden uitgevoerd op een versneller die krachtiger is dan de moderne LHC-configuratie.