Vandaag heeft het LHCb-experiment bij de Large Hadron Collider op CERN belangrijke resultaten gepresenteerd in de zoektocht naar een beter begrip van de aard en oorsprong van de zogenaamde CP-schending.
CP-schending betekent dat materie en antimaterie zich op verschillende manieren gedragen. CP-schendende processen spelen een cruciale rol in de zoektocht naar Nieuwe Fysica buiten het Standaardmodel. De LHCb-samenwerking heeft nu gerapporteerd hoe het twee belangrijke parameters heeft gemeten die dergelijke asymmetrieën tussen materie en antimaterie bepalen. De twee metingen die vandaag zijn gepresenteerd in het CERN-seminar, zijn gebaseerd op een zorgvuldige analyse van de volledige datasample van Run 2 van de LHC en zijn ’s werelds meest nauwkeurige metingen tot nu toe. Ze zijn consistent met eerdere metingen en met het Standaardmodel.
Beide metingen van het LHCb-experiment zijn gebaseerd op vervallen van B-mesonen, dat zijn deeltjes met twee quarks, waarvan één een bottom-quark is. Het LHCb-experiment is geoptimaliseerd om deze B-mesonen te detecteren. Nikhef is nauw betrokken bij LHCb en had ook een belangrijke rol in deze twee nieuwe analyses.
In de eerste analyse werd de CP-schendende fase phi_s gemeten in ongeveer 350.000 vervallen van een strange B-meson (dat bestaat uit een bottom-antiquark en een strange quark) in een zogenaamd J/psi-deeltje en twee kaonen. Binnen het Standaardmodel kan deze CP-schendende fase nauwkeurig berekend worden uit andere metingen. De voorspelde waarde is klein en effecten van Nieuwe Fysica, ook al zijn ze klein, zouden de waarde daarom aanzienlijk kunnen veranderen. De gerapporteerde Run 2-waarde is consistent met het Standaardmodel.
De precisiemeting van deze belangrijke parameter is een van de belangrijkste doelen van het LHCb-experiment. In de gepresenteerde meting hebben LHCb-fysici, onder wie Nikhef-promovenda Valeriia Lukashenko en andere Nikhef-collega’s, een al zeer nauwkeurig resultaat verkregen uit de analyse van de gecombineerde Run 2- en Run 1-gegevens. De grotere data sample van Run 3, die verzameld zal worden met de verbeterde LHCb-detector, zal het mogelijk maken om in de toekomst een nog hogere nauwkeurigheid te bereiken en daardoor mogelijk manifestaties van effecten van Nieuwe Fysica te detecteren. “De meting is zeer complex, en het resultaat zien na al het harde werk is echt opwindend,” zegt Valeriia Lukashenko. “Vooral omdat het de meest nauwkeurige ter wereld is! Maar ik wacht vol ongeduld op meer gegevens van Run 3 en later Run 4, waarmee we hopelijk de eerste hints van Nieuwe Fysica kunnen zien.”
In de tweede analyse werd een meting gedaan van de hoek-bèta van de zogenaamde ‘unitarity triangle’. De unitarity triangle is een geometrische voorstelling van CP-schending en de bijbehorende parameters. De eigenschappen van de driehoek kunnen onafhankelijk gemeten worden in verschillende vervaldata van B-mesonen en zouden een consistente beschrijving van de driehoek moeten opleveren. Elke discrepantie zou wijzen op tekenen van Nieuwe Fysica buiten het Standaardmodel.
De vandaag gerapporteerde meting maakt gebruik van drie verschillende vervalskanalen van neutrale B-mesonen om de hoek bèta te bepalen. De aangekondigde waarde van deze parameter voor de Run 2-gegevens laat duidelijk een hogere nauwkeurigheid zien dan eerdere metingen en is consistent met de voorspellingen van het Standaardmodel. Nikhef-onderzoeker Wouter Hulsbergen heeft bijgedragen aan de meting als onderdeel van het analyseteam: “In een hadronenversneller als de LHC is deze meting moeilijker uit te voeren dan in eerdere elektronenversnellers. Maar met de grote hoeveelheid gegevens die beschikbaar is bij de LHC en met het LHCb-experiment dat voor deze taak is ontworpen, zijn we erin geslaagd om de meest nauwkeurige afzonderlijke meting van deze parameter tot nu toe uit te voeren.”
