De LHCb-samenwerking bij CERN heeft ontdekt dat deeltjes zich niet gedragen zoals ze zouden moeten volgens de leidende theorie van de deeltjesfysica - het standaardmodel.

Het standaardmodel van deeltjesfysica voorspelt dat deeltjes die schoonheidsquarks worden genoemd, die worden gemeten in het LHCb-experiment, moeten in gelijke mate vervallen in muonen of elektronen. Echter, het nieuwe resultaat suggereert dat dit misschien niet gebeurt, die zouden kunnen wijzen op het bestaan ​​van nieuwe deeltjes of interacties die niet worden verklaard door het standaardmodel.

Natuurkundigen van het Imperial College London en de universiteiten van Bristol en Cambridge leidden de analyse van de gegevens om dit resultaat te produceren, met financiering van de Facilitaire Raad voor Wetenschap en Technologie. Het resultaat werd vandaag aangekondigd op de Moriond Electroweak Physics-conferentie en gepubliceerd als een preprint.

Voorbij het standaardmodel

Het standaardmodel is de huidige beste theorie van deeltjesfysica, het beschrijven van alle bekende fundamentele deeltjes waaruit ons universum bestaat en de krachten waarmee ze interageren.

Echter, het standaardmodel kan enkele van de diepste mysteries in de moderne natuurkunde niet verklaren, inclusief waaruit donkere materie bestaat en de onbalans van materie en antimaterie in het heelal.

Onderzoekers hebben daarom gezocht naar deeltjes die zich anders gedragen dan in het standaardmodel zou worden verwacht, om enkele van deze mysteries te helpen verklaren.

Dr. Mitesh Patel, van de afdeling Natuurkunde van Imperial en een van de toonaangevende natuurkundigen achter de meting, zei:"We stonden te trillen toen we voor het eerst naar de resultaten keken, we waren zo opgewonden. Ons hart klopte wel wat sneller.

"Het is te vroeg om te zeggen of dit echt een afwijking is van het standaardmodel, maar de mogelijke implicaties zijn zodanig dat deze resultaten het meest opwindende zijn dat ik in 20 jaar in het veld heb gedaan. Het is een lange reis geweest om hier te komen ."

Bouwstenen van de natuur

De resultaten van vandaag werden geproduceerd door het LHCb-experiment, een van de vier enorme deeltjesdetectoren bij CERN's Large Hadron Collider (LHC).

De LHC is 's werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller - hij versnelt subatomaire deeltjes tot bijna de lichtsnelheid, alvorens ze tegen elkaar aan te slaan. Deze botsingen produceren een uitbarsting van nieuwe deeltjes, die natuurkundigen vervolgens vastleggen en bestuderen om de fundamentele bouwstenen van de natuur beter te begrijpen.

De bijgewerkte meting stelt de natuurwetten in vraag die elektronen en hun zwaardere neven behandelen, muonen, identiek, behalve kleine verschillen vanwege hun verschillende massa's.

Volgens het standaardmodel, muonen en elektronen interageren met alle krachten op dezelfde manier, dus beauty-quarks die bij LHCb zijn gemaakt, zouden net zo vaak in muonen moeten vervallen als in elektronen.

Maar deze nieuwe metingen suggereren dat het verval met verschillende snelheden kan plaatsvinden, wat zou kunnen suggereren dat nog nooit eerder geziene deeltjes de schubben wegtikken van muonen.

keizerlijke doctoraat student Daniel Moise, die de eerste bekendmaking van de resultaten deed op de Moriond Electroweak Physics-conferentie, zei:"Het resultaat biedt een intrigerende hint van een nieuw fundamenteel deeltje of een nieuwe kracht die een interactie aangaat op een manier die de deeltjes die de wetenschap momenteel kent niet hebben.

"Als dit wordt bevestigd door verdere metingen, het zal een diepgaande invloed hebben op ons begrip van de natuur op het meest fundamentele niveau."

Geen uitgemaakte zaak

In de deeltjesfysica, de gouden standaard voor ontdekking is vijf standaarddeviaties - wat betekent dat er een kans van 1 op 3,5 miljoen is dat het resultaat een toevalstreffer is. Dit resultaat is drie afwijkingen, wat betekent dat er nog steeds een kans van 1 op 1000 is dat de meting een statistisch toeval is. Het is daarom te vroeg om harde conclusies te trekken.

Dr. Michael McCann, die ook een leidende rol speelde in het Imperial team, zei:"We weten dat er nieuwe deeltjes moeten zijn om te ontdekken, omdat ons huidige begrip van het universum op zoveel manieren tekortschiet - we weten niet waar 95% van het universum uit bestaat, of waarom er zo'n grote onbalans is tussen materie en antimaterie, evenmin begrijpen we de patronen in de eigenschappen van de deeltjes die we wel kennen.

"Hoewel we moeten wachten op bevestiging van deze resultaten, Ik hoop dat we hier ooit op terug kunnen kijken als een keerpunt, waar we begonnen met het beantwoorden van een aantal van deze fundamentele vragen."

Het is nu aan de LHCb-samenwerking om hun resultaten verder te verifiëren door meer gegevens te verzamelen en te analyseren, om te zien of het bewijs voor een aantal nieuwe verschijnselen blijft. Het LHCb-experiment zal naar verwachting volgend jaar beginnen met het verzamelen van nieuwe gegevens, na een upgrade naar de detector.