Symmetrieën doen de wereld draaien, maar asymmetrieën ook. Een voorbeeld hiervan is een asymmetrie die bekend staat als lading-pariteit (CP) asymmetrie, die nodig is om te verklaren waarom er in het huidige universum veel meer materie is dan antimaterie, hoewel beide vormen van materie in gelijke hoeveelheden in de oerknal hadden moeten ontstaan. .

Het standaardmodel van deeltjesfysica - de theorie die de bouwstenen van materie en hun interacties het beste beschrijft - omvat bronnen van CP-asymmetrie, en sommige van deze bronnen zijn bevestigd in experimenten. Deze bronnen van het standaardmodel genereren echter samen een hoeveelheid CP-asymmetrie die veel te klein is om de onbalans tussen materie en antimaterie in het universum te verklaren, wat natuurkundigen ertoe aanzet om op zoek te gaan naar nieuwe bronnen van CP-asymmetrie.

In twee recente onafhankelijke onderzoeken richtten de internationale ATLAS- en CMS-samenwerkingsverbanden bij de Large Hadron Collider (LHC) zich op het Higgs-deeltje dat ze tien jaar geleden ontdekten om te zien of dit unieke deeltje een nieuwe, onbekende bron van CP-asymmetrie verbergt.

De ATLAS- en CMS-teams hadden eerder gezocht naar - en geen tekenen gevonden van - CP-asymmetrie in de interacties van het Higgs-deeltje met andere bosonen en met het zwaarste bekende fundamentele deeltje, de top-quark. In hun laatste studies zochten ATLAS en CMS naar deze asymmetrie in de interactie tussen het Higgs-deeltje en het tau-lepton, een zwaardere versie van het elektron.

Om naar deze asymmetrie te zoeken, zochten ATLAS en CMS eerst naar Higgs-bosonen die transformeerden of "vervallen" in paren van tau-leptonen in proton-protonbotsingsgegevens die werden geregistreerd door de experimenten tijdens de tweede run van de LHC (2015-2018). Vervolgens analyseerden ze de beweging van dit verval, of 'kinematica', die afhangt van een hoek, de menghoek genaamd, die de hoeveelheid CP-asymmetrie in de interactie tussen het Higgs-deeltje en het tau-lepton kwantificeert.

In het standaardmodel is de menghoek nul en dus is de interactie CP-symmetrisch, wat betekent dat deze hetzelfde blijft bij een transformatie die een deeltje verwisselt met het spiegelbeeld van zijn antideeltje. In theorieën die het standaardmodel uitbreiden, kan de hoek echter afwijken van nul en kan de interactie gedeeltelijk of volledig CP asymmetrisch zijn, afhankelijk van de hoek; een hoek van -90 of +90 graden komt overeen met een volledig CP-asymmetrische interactie, terwijl elke hoek daartussen, behalve 0 graden, overeenkomt met een gedeeltelijk CP-asymmetrische interactie.

Na analyse van hun monsters van Higgs-bosonverval in tau-leptonen, verkreeg het ATLAS-team een ​​menghoek van 9 ± 16 graden en het CMS-team −1 ± 19 graden, die beide een volledig CP-asymmetrische Higgs-boson-tau-lepton-interactie uitsluiten met een statistische significantie van ongeveer drie standaarddeviaties.

De resultaten zijn consistent met het standaardmodel binnen de huidige meetnauwkeurigheid. Met meer gegevens kunnen onderzoekers deze conclusie bevestigen of CP-asymmetrie in de interactie tussen Higgs-boson en tau-lepton ontdekken, wat een diepgaande invloed zou hebben op ons begrip van de geschiedenis van het universum.

Nu de derde run van de LHC binnenkort van start gaat, hoeven de ATLAS- en CMS-samenwerkingen niet te lang te wachten voordat ze meer gegevens in hun analysekits kunnen invoeren om erachter te komen of het Higgs-deeltje al dan niet een nieuwe bron van CP verbergt asymmetrie. + Verder verkennen

Inspelen op de interactie van het Higgs-deeltje met de charm-quark