Een meting van een fundamenteel principe van het standaardmodel van de deeltjesfysica - universaliteit van de lepton-smaak - vastgelegd door de ATLAS-detector bij de Large Hadron Collider, wordt gerapporteerd in een paper gepubliceerd in Natuurfysica .

De bevindingen vervangen het al lang bestaande resultaat van de Large Electron-Positron Collider.

Ons begrip van elementaire deeltjes - de bouwstenen van het heelal - en het elektromagnetische, zwakke en sterke fundamentele krachten die tussen hen werken, is geformuleerd in het standaardmodel van de deeltjesfysica. In de theorie, elektronen, muonen en τ-leptonen vertegenwoordigen drie varianten (of smaken) van een elektrisch geladen type elementair deeltje dat bekend staat als leptonen. Het standaardmodel gaat ervan uit dat de sterkte van de koppelingen tussen leptonen en de deeltjes die de zwakke kracht bemiddelen - bekend als 'W' of 'Z' elektrozwakke ijkbosonen - onafhankelijk is van de leptonsmaak. Dit lang gekoesterde principe, bekend als de universaliteit van de lepton-smaak, is onlangs uitgedaagd door experimenten bij B-factories en bij de LHC.

De ATLAS-samenwerking - waarbij een wereldwijd team van wetenschappers, waaronder experts van Lancaster betrokken was - heeft onderzocht of deze 'universele waarheid' geldt voor het muon en het τ-lepton in ongeveer een half miljoen botsingen tussen protonen en protonen die zijn geregistreerd met de ATLAS-detector bij de Large Hadron Collider . Door het verval van W-bosonen in τ-leptonen en muonen te onderzoeken en de verhouding van hun vervalsnelheden te meten, de auteurs konden concluderen dat de zwakke kracht op dezelfde manier interageert met beide soorten lepton.

Dit resultaat van de ATLAS-samenwerking is de meest nauwkeurige meting tot nu toe, met bijna twee keer de precisie verkregen uit experimenten bij de voorganger van de Large Hadron Collider bij CERN - de Large Electron-Positron Collider (LEP).

Lancaster University Physics Professor Guennadi Borissov zei:"De metingen bij LEP gaven aan dat er een verschil kan zijn tussen het verval naar verschillende soorten leptonen. Deze intrigerende hint van afwijking van het standaardmodel is al ongeveer 20 jaar niet bevestigd. Hoewel onze laatste metingen maak geen back-up van het resultaat van de LEP, het was spannend om een ​​nieuwe en opmerkelijk nauwkeurige manier te vinden om dit te testen met behulp van de kracht van de Large Hadron Collider, waarbij Lancaster de kern vormt van elke stap van de analyse."

Professor Roger Jones, hoofd van de Lancaster ATLAS-groep, zei:"Testen zoals de onze van fundamentele theoretische aannames zijn momenteel een hot gebied van onderzoek in de deeltjesfysica. Recente resultaten van het LHCb-experiment, en zeer nauwkeurige metingen van muonen gemaakt door de g-2-samenwerking (die ook Lancaster-fysici in het team heeft) hebben nieuwe aanwijzingen opgeleverd dat leptonen zich mogelijk niet allemaal op dezelfde manier gedragen als onze theorieën voorspellen.

"In tegenstelling tot, nieuwe en zeer nauwkeurige metingen tonen aan dat de leptonen zich in belangrijke opzichten echt op dezelfde manier gedragen. Het zal spannend zijn om te zien of de hints van andere experimenten duidelijk bewijs worden. Als, theorieën zullen rekening moeten houden met ons sterke bewijs dat leptonen zich op dezelfde manier gedragen in het proces dat we hebben bestudeerd en zich toch anders gedragen in andere processen."