CERN-onderzoekers ontdekken zeldzaam deeltjesverval

13 mei 2015

FOM/Nikhef persbericht

Een gezamenlijke speurtocht van de CMS- en LHCb-experimenten van CERN heeft geleid tot de ontdekking van een van de meest zeldzame deeltjesvervallen in de natuur: het verval van een Bs0-meson naar twee muonen. Het artikel waarin de CERN-onderzoekers hun werk beschrijven, verschijnt vandaag in Nature.

Het Bs0-meson is een instabiel deeltje dat bestaat uit een zogenaamd beauty-antiquark en een strange-quark. Deze deeltjes heffen elkaar op in het verval en produceren daarbij twee muondeeltjes.  

Naast dit verval hebben de fysici ook een hint gevonden van het vergelijkbare, maar nog zeldzamere verval van het Bd0-meson naar twee muonen. Het  Bd0-meson lijkt op Bs0-deeltje, maar bevat een beauty-antiquark en een down-quark.

Quantummechanica
Vanwege hun zeldzaamheid bieden deze processen ons een diepe blik in de virtuele wereld van de quantummechanica. Hierin kunnen nieuwe, onbekende, deeltjes spontaan kortstondig verschijnen. Tijdens dit korte virtuele bestaan kunnen ze B-mesonen echter subtiel beïnvloeden. Daardoor kunnen juist de gemeten, zeldzame vervallen mogelijkerwijs vaker of minder vaak plaatsvinden dan natuurkundigen verwachten uit berekeningen met het Standaardmodel – de standaardtheorie waarmee fysici deeltjes en krachten beschrijven.

“Het waargenomen vervalsproces van een Bs0-deeltje naar twee muonen is zo zeldzaam dat zelfs de kans op het winnen van de loterij twintig maal groter is” zegt Siim Tolk, een van de Nikhef-promovendi die aan het onderzoek op CERN heeft meegewerkt. “De mate waarin het voorkomt stemt echter goed overeen met de verwachting van het standaardmodel. De waargenomen hint van het zelfs nóg zeldzamere proces,  Bd0 naar twee muonen, komt iets eerder dan verwacht. Dat wil echter niet zeggen dat het huidige model niet klopt, om daar een oordeel over te doen moeten we nauwkeurigere metingen verrichten.

“Het verbeteren van deze metingen is een van de hoofddoelen van de komende LHC-run en is cruciaal om het verlossende woord te spreken over het bestaan van nieuwe deeltjes zoals het zogenaamde Z-prime boson, waar recentelijk over werd gespeculeerd ”, zegt Antonio Pellegrino, senior-onderzoeker van Nikhef en nauw betrokken bij deze meting.

Contactinformatie:
Marcel Merk, programmaleider LHCb op Nikhef +31 (0)20 592 51 07
Antonio Pellegrino, senior-onderzoeker LHCb op Nikhef +31 (0)20 592 5002
Melissa van der Sande – afdeling wetenschapscommunicatie Nikhef +31 (0)20 592 2075

Referentie:
Observation of the rare Bs->μ+μdecay from the combined analysis of CMS and LHCb data, Nature, 13 mei 2015. DOI: 10.1038/nature14474

Link naar het persbericht op de website van CERN