Nieuwe resultaten van het LHCb-experiment op CERN laten opnieuw ruimte voor twijfels aan het Standaardmodel van de deeltjesfysica. Mogelijk verschillen het elektron en zijn 200 keer zwaardere versie, het muon, toch meer dan gedacht.
Dinsdag maakte de LHCb-samenwerking metingen publiek van een specifiek verval van geproduceerde b-mesonen bij protonbotsingen in de LHC-versneller op CERN. Deze deeltjes kunnen uiteenvallen in zogeheten kaonen en in theorie even vaak in een elektron of een muon.
Nikhef is deelnemer aan LHCb. De Nederlandse fysicus Niels Tuning van Nikhef is momenteel physics coördinator van het experiment.
In principe kan het verval plaatsvinden naar vier soorten kaonen. LHCb kijkt in elk type verval naar eventuele verschillen tussen de route naar een elektron en naar een muon.
Dinsdag maakte LHCb metingen aan twee vervalroutes bekend (KOS en K*+ geheten) uit de periode 2011-2018. De uitkomsten worden uitgedrukt in een verhouding tussen waarnemingen met muonen en met elektronen, de grootheid R_k, die in theorie 1 zou moeten zijn.
Het Standaardmodel van de deeltjesfysica kent geen verschil, afgezien van de massa van de twee leptonen. Het LHCb-experiment wordt gezien als een belangrijke test voor deze zogenoemde lepton-universaliteit.
De nieuwe metingen liggen op 0,66 en 0,70. Dat is lager dan 1 maar de onzekerheid in de uitkomsten is te groot voor dramatische conclusies. “Formeel zeggen we dat het overeenstemt met het standaardmodel”, zegt Tuning. Tegelijk past het wel in het patroon van een lagere R_k waarde dan de theorie voorspelt.
In maart publiceerde LHCb al resultaten van de belangrijkste kaon-route die zouden kunnen wijzen op een verschillend gedrag van elektronen en muonen. De eerdere meting kwam op R_k 0,85 en had een significatie van 3.1 sigma. Voor fysici is dat een signaal dat serieus te nemen is, maar nog geen hard bewijs van een afwijking.
De nieuwe resultaten halen nog geen 1,5 sigma en kunnen nog steeds gemakkelijk een toevallige afwijking zijn, in plaat van een aanwijzing dat de theorie ernaast zit.
Een eventueel verschil tussen elektronen en muonen past niet in het standaardmodel van de deeltjesnatuurkunde, en zou een aanwijzing kunnen zijn voor een onbekende vijfde kracht in de natuur. Volgens sommige theoretici zou zoiets kunnen wijzen op een onbekend nieuw deeltje, het leptoquark.
Programmaleider Marcel Merk van de LHCb-groep op Nikhef: “Het blijft een beetje koffiedik kijken welke kant dit opgaat. Voor de een is het nog steeds niet hard genoeg, voor de ander bevestigt het de mogelijkheid van een echte afwijking.”