Het LHCb-experiment op CERN, waarvan Nikhef deel uitmaakt, heeft nieuwe hints gevonden voor afwijkingen van de bekende deeltjesfysica. Een analyse van metingen aan botsende protonen uit de LHC-versneller suggereert dat elektronen, muonen en tau-deeltjes niet alleen in hun massa verschillen.
Dat gaat in tegen een principe van het standaardmodel dat lepton-universaliteit wordt genoemd. Het standaardmodel van de deeltjesfysica gaat uit van drie families van deeltjes, waar telkens een ander lepton aan het hoofd staat: de elektronen, muon en taufamilie. Waarom de deeltjeswereld deze driedeling kent, is niet bekend.
In het standaardmodel zijn de drie families kopieën van elkaar in hun gedrag, behalve in hun massa. Het elektron is het lichtste lepton, en de bijbehorende quarks (up en down) en het elektronneutrino ook. Het muon is 200 maal zwaarder, het taudeeltje zelfs meer dan 3500 maal.
Uit de nieuwe analyse komt de voorzichtige suggestie naar voren dat de drie verschillende leptonen niet precies dezelfde interactie met andere deeltjes hebben. Daar gaat de theorie eigenlijk wel van uit. Mogelijk ontstaan bij het verval nog onbekende deeltjes.
De metingen zijn statistisch niet erg overtuigend, maar de afwijking past bij andere signalen dat de lepton-universaliteit niet perfect opgaat. Dat kan wijzen in de richting van afwijkingen van het standaardmodel, die theoretici kunnen gebruiken om betere deeltjesmodellen op te stellen.
Het laatste LHCb resultaat is bekeken met behulp van de verval van deeltjes met een beauty-quark. De onderzoekers bekeken in botsingsdata in het energiegebied tussen 7,8 en 13 TeV het verval van het λb0-deeltje en telden hoe vaak dat vergaat tot een proton, een geladen kaon en ofwel een muon en antimuon of een elektron en antielektron.
Het team nam vervolgens de verhouding tussen deze twee verval-percentages. Als lepton universaliteit klopt, moet deze verhouding dicht bij 1 liggen. Een afwijking van deze voorspelling kan dus een overtreding van lepton universaliteit betekenen. Een dergelijke overtreding kan worden veroorzaakt door de aanwezigheid in het verval van een nooit eerder gespot deeltje dat niet wordt voorspeld door het standaardmodel.
Het team behaalde een ratio van iets minder dan 1 met een statistische significantie van ongeveer 1 standaarddeviatie, ruim onder de 5 standaarddeviaties die nodig zijn om een echt verschil in de vervalpercentages te claimen. De onderzoekers benadrukken ook dat veel meer gegevens nodig zijn om te vertellen of deze afwijkingen in het gedrag van leptonen stand houden of een statistische uitschieter betreffen.
Het LHCb-experiment ligt momenteel stil voor aanpassingen en reparaties. Ondermeer Nikhef levert nieuwe elementen voor de detector, die op termijn vooral veel meer botsingen tegelijk moet kunnen bekijken. Als het goed is komen de LHC-versneller en de experimenten in 2021 weer in bedrijf.
Lees hier meer over op de LHCb site en de CERN courier.
