Een nieuwe analyse van metingen met de LHCb-detector bij CERN aan zeldzame B-vervallen toont vergelijkbaar gedrag aan tussen muonen en elektronen. Dit is verwacht in het standaardmodel, maar toch zeer raadselachtig, aldus LHCb-fysici.
De nieuwe resultaten werden dinsdagochtend bekendgemaakt tijdens een seminar bij CERN in Genève over de zogenaamde leptonuniversaliteit. Twee artikelen over de nieuwe resultaten voor de parameters Rk en Rk* werden tegelijkertijd online gepubliceerd op de webopslagsite Arxiv.
Zeldzame vervallen
LHCb rapporteerde eerder bewijs dat in het verval van het geladen B-meson naar een geladen kaon en twee leptonen minder muonen voorkwamen dan de theorie voorspelt. Deze vergelijking gaat echter gebukt onder grote theoretische onzekerheden. Nikhef is partner in de LHCb-samenwerking in Genève.
Om de theoretische onzekerheid te verkleinen, worden verval met muonen en elektronen vergeleken. In de deeltjestheorie van het standaardmodel is er geen verschil tussen elektronen en muonen, afgezien van hun massa. Een muon lijkt qua lading en andere aspecten opvallend veel op een elektron, maar is ongeveer 220 keer zwaarder.
LHCb heeft dergelijke verschillen gemeten via vervalprocessen van B-mesonen via kaonen waarbij in theorie even vaak twee elektronen als twee muonen kunnen vrijkomen. B-mesonen worden vaak geproduceerd bij protonbotsingen bij de LHC-versneller in CERN.
Opwinding
Eerder leken er aanwijzingen te zijn dat bij het verval van het geladen B-meson tot een geladen kaon en twee leptonen minder muonen dan elektronen voorkwamen. Deze resultaten leidden vorig jaar in de media tot wat de onderzoekers zelf “voorzichtige opwinding” noemden. Een groot verschil tussen muonen en elektronen zou kunnen wijzen op onbekende processen. Dit zou een wijziging of uitbreiding van het standaardmodel vereisen.
In de nieuwe publicaties zijn de LHCb-metingen van het B-mesonverval nog nauwkeuriger, in sommige gevallen met drie keer zoveel gegevens als voorheen. Tegelijkertijd zijn sommige onzekerheden wat groter geworden, omdat signalen van elektronen moeilijker te analyseren zijn.
Puzzel
In de nieuwe LHCb-analyse lijkt het verschil tussen metingen met elektronen en met muonen te verdwijnen. Dit gebeurt echter niet omdat de muonen beter voldoen aan de voorspelling van het standaardmodel, maar omdat nu ook de elektronen een soortgelijke afwijking lijken te vertonen. “De puzzel wordt alleen maar dieper”, zei LHCb-programmaleider Marcel Merk op het Nikhef.
LHCb-fysicus Patrick Koppenburg, eveneens van Nikhef: “Als de metingen van de muonen waren opgeschoven naar de standaardmodelwaarde, dan was dit het einde geweest van onze voorzichtige opwinding. Dan zou er geen anomalie zijn. Maar nu zien we dat ook de elektronen afwijken van de standaardwaarde en dat is een nieuw mysterie.”
