LHCb-experiment ziet aanwijzing voor miniem verschil tussen twee soorten leptonen
Een interessante afwijking
Nieuwe metingen van het LHCb-experiment bij CERN in Genève wijzen op een miniem verschil tussen twee soorten leptonen (elementaire deeltjes). In het Standaardmodel zijn de drie soorten leptonen, namelijk elektronen, muonen en tauonen, gelijk. Dat wil zeggen dat, gecorrigeerd voor hun verschillende massa's, er net zo vaak een muon als een tauon wordt geproduceerd in het verval van een zwaar deeltje. Als er nieuwe krachten of deeltjes zijn, dan kunnen die ervoor zorgen dat de verhoudingen tussen de leptonen veranderen. Een voorbeeld van zo'n hypothetisch deeltje is een geladen higgsboson; het higgsboson van het Standaardmodel dat door de LHC is waargenomen is namelijk neutraal. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Physics Review Letters.
Het LHCb-experiment bestudeert met name het verval van zware B-mesonen. Dat zijn deeltjes met een zwaar b-quark erin. De b staat voor 'beauty' of 'bottom'. Deze deeltjes vervallen vaak naar een lichter D-meson (met een charm quark erin), een geladen lepton en een neutrino. Het neutrino vliegt door de detector zonder te worden gedetecteerd, maar de sensoren van de LHCb-detector registreren het D-meson en het lepton wel. Het lepton is meestal een elektron of muon, aangezien zij een stuk lichter zijn dan het zware broertje van de familie, het tauon. Maar gecorrigeerd voor dit massa-effect, komen de drie leptonen even vaak voor volgens voorspellingen van het Standaardmodel. Nieuwe deeltjes of krachten veranderen de verhouding tussen de leptonen.
Met de data van run 1 heeft LHCb heel nauwkeurig de verhouding bepaald van het aantal keren dat een B-meson vervalt naar een muon en het aantal keren dat een B-meson vervalt naar een tauon. De uitkomst is dat het verval naar tauonen iets vaker voorkomt dan verwacht. Op zichzelf is deze meting nog niet significant genoeg, maar wat het extra interessant maakt is dat twee andere experimenten een zelfde afwijking vinden.
"De gemeten waarde komt goed overeen met die van het BaBar experiment in de VS en het Belle experiment in Japan", zegt Nikhef-onderzoeker en co-auteur van het artikel Greg Ciezerek. In figuur 1 zijn de metingen van deze drie experimenten te zien, inclusief de verwachte waarde van het Standaardmodel. Als je deze resultaten samenvoegt dan is de kans dat het hier om een statistische afwijking gaat slechts 0.01%. Dat is een hele kleine kans, maar nog niet klein genoeg om het Standaardmodel af te schrijven. Verder onderzoek moet aantonen of deze afwijking blijft bestaan of niet. De nieuwe data van run 2 van de LHC, die net begonnen is, zal dit de komende jaren uitwijzen.
Over LHCb
De Large Hadron Collider (LHC) op CERN bij Genève is afgelopen maart, na een pauze voor onderhoud en verbeteringen, weer van start gegaan voor een tweede periode van drie jaar. De LHC is de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld en een enorm internationaal Big Science project. Nikhef levert een bijdrage aan drie van de vier grote LHC-experimenten, waaronder de detectoren ALICE, ATLAS en LHCb. Veel Nikhef-onderzoekers zijn hierbij betrokken. Run 2 van de LHC volgt op een periode van twee jaar waarin de machine werd voorbereid op bijna een verdubbeling van de energie bereikt in run 1 en daarnaast zal in de komende periode de intensiteit van de botsingen flink toenemen. Na uitgebreide tests en verbeteringen zijn de herstart van de bundels in de LHC en de eerste testbotsingen met een totale energie van 13 TeV een feit. Dit opent episode twee van LHC-fysica en effent de weg naar nieuwe natuurkundige ontdekkingen.
Meer informatie
Voor verdere informatie over het LHCb-experiment kunt u kijken op de volgende websites:
FOM-instituut Nikhef
ArXiv
Physics Review Letters
LHCb
Contact
Afdeling Wetenschapscommunicatie FOM-instituut Nikhef, (020) 592 50 75
Jeroen van Tilburg, onderzoeker LHCb-Nikhef, (020) 592 21 31
Marcel Merk, programmaleider LHCb-Nikhef, (020) 592 51 07