Fysici vinden aanwijzing voor een significante materie-antimaterie asymmetrie
Verschillen tussen deeltjes en antideeltjes groter dan verwacht
Wetenschappers van het DZero experiment bij het Fermi National Accelerator Laboratory bij Chicago (VS) hebben een aanwijzing gevonden voor een significante schending van materie-antimaterie symmetrie in het gedrag van deeltjes die b-quarks bevatten. De vastgestelde schending is veel groter dan verwacht op basis van de huidige theorie, het Standaardmodel. Het nieuwe resultaat is voor publicatie aangeboden aan Physical Review D. Het geeft een verschil aan van een procent tussen de productie van paren muonen en paren antimuonen in het verval van B-mesonen die in hoog-energetische botsingen bij de Tevatron-deeltjesversneller op Fermilab worden gemaakt.
"Dit is een van de sterkste directe hints voor nieuwe nog onbekende fysische mechanismen in de fundamentele natuurkunde die bij versnellerexperimenten is verkregen," zegt Sijbrand de Jong, hoogleraar Experimentele natuurkunde aan de Radboud Universiteit Nijmegen, leider van de Nederlandse groep in DZero en betrokken bij de interne verificatie van de meting. De Jong is tevens FOM-werkgroepleider en lid van de Raad van Bestuur van de Stichting FOM.
Waar is de antimaterie gebleven?
Wanneer materie- en antimateriedeeltjes botsen bij hoge energie kan hun energie worden omgezet in de massa van nieuwe deeltjes en antideeltjes. Bij de Fermilab proton-antiproton-versneller zien fysici honderden miljoenen nieuw gevormde deeltjes per dag. Vergelijkbare processen vonden plaats in het vroege begin van het heelal en zouden hebben geleid tot even grote aantallen deeltjes en antideeltjes. Maar de wereld om ons heen bestaat alleen maar uit materie. Antimaterie wordt alleen in versnellers, kernreacties en kosmische straling gemaakt. "Wat is er met de antimaterie gebeurd?" is een van de centrale vragen van de 21e–eeuwse deeltjesfysica.
Onderzoekers hebben al decennia subtiele verschillen tussen deeltjes en antideeltjes gemeten met een sterkte die overeenkomt met de voorspelling van het Standaardmodel. Maar het door het Standaardmodel voorspelde verschil is veel te klein om de in het heelal waargenomen asymmetrie te kunnen verklaren. Deze nieuwe meting van DZero duidt op een veel groter effect en op een nieuw fysisch mechanisme dat niet bekend is in het Standaardmodel.
Nieuwe analysemethode
DZero-wetenschappers hebben de unieke mogelijkheden van hun detector gebruikt in een nieuwe analysemethode die laat zien dat de kans dat de waarneming verklaard kan worden met de bestaande theorie minder is dan 0.1 procent (3.2 standaard deviaties).
Afgelopen jaar hebben fysici van de twee Tevatron-experimenten DZero en CDF al eerder hints gezien voor grotere verschillen tussen deeltjes en antideeltjes in de studie naar deeltjes die uit een b-quark en een s-quark bestaan.
Acht jaar onderzoek
Dit resultaat is gebaseerd op data die in de afgelopen acht jaar zijn verzameld met de DZero detector: meer dan honderd biljoen botsingen tussen protonen en antiprotonen.
Contact
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Prof. Sijbrand de Jong, Radboud Universiteit Nijmegen en Nikhef, groepsleider van de Nederlandse DZero groep, tel.: 06 20 40 36 89.
Achtergrondinformatie
De preprint van de publicatie is te vinden op http://arxiv.org/abs/1005.2757, meer informatie in het Engels op http://www-d0.fnal.gov/Run2Physics/WWW/results/final/B/B10A/.
DZero is een internationaal experiment van ongeveer 500 fysici uit 86 universiteiten en instituten in 19 landen. DZero wordt gefinancierd door het U.S. Department of Energy en National Science Foundation, en verschillende instanties in de deelnemende landen, waaronder de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en de Radboud Universiteit Nijmegen in Nederland.
Fermilab is een nationaal laboratorium gefinancierd door het Office of Science van het U.S. Department of Energy, geëxploiteerd door Fermi Research Alliance, LLC.