Elektronen en muonen kunnen meer van elkaar verschillen dan tot nog toe wordt aangenomen. Dat blijkt uit een nieuwe studie van theoretici van Nikhef, de VU en UMaastricht, gepubliceerd in JHEP.
In het artikel bespreken de onderzoekers zogeheten lepton-universaliteit. Volgens het standaardmodel van de deeltjesfysica zijn muonen theoretisch identiek aan elektronen, behalve dat ze veel zwaarder zijn. Meer verschillen, non-universaliteit genoemd, zouden kunnen wijzen op nog onbekende fysische processen in de deeltjeswereld, zogeheten “nieuwe fysica”.
Eerder leek uit metingen van het LHCb-experiment op CERN te blijken dat er meer verschillen zijn, een teken dat er iets ontbreekt in het standaardmodel. Dat werd gemeten aan B-mesonen die naar kaonen en elektronen dan wel muonen vervallen. Een halfjaar geleden meldde LHCb na nieuwe analyses echter dat er toch geen significant verschil gemeten was tussen elektronen en muonen.
Maar dat betekent niet dat een verschil tussen beide deeltjes uitgesloten is, laat het werk van de Nikhef-theoretici nu zien. Verre van, zegt Robert Fleischer, programmaleider Theorie van Nikhef en hoogleraar aan de Vrije Universiteit.
“De naïeve conclusie was toen dat nieuwe fysica die de universaliteit tussen elektronen en muonen schendt van tafel was,” aldus Fleischer. “Maar onze nieuwe studie laat nu zien dat er nog veel speelruimte over is, zelfs als LHCb op dit moment geen significant verschil ziet.”
Fleischer en zijn promovendi Eleftheria Malami en Anders Rehult en collega Keri Vos (Nikhef/Maastricht) presenteren in hun artikel andere meetgrootheden, waarin zulke leptonverschillen wel degelijk te zien zou kunnen zijn. Die zouden te vinden kunnen zijn via zogeheten CP-schending: een meetbaar verschil tussen deeltjes en anti-deeltjes.
Hierbij rekenen ze niet met een specifieke uitgebreide versie van het standaardmodel, bijvoorbeeld met extra deeltjes, maar met een algemenere afwijking. Het resultaat zijn grafieken waarin niet twee punten al dan niet overlappen, maar waarin er een heel gebied voor overlap bestaat.
Promovendus Anders Rehult: “Het interessante is dat we model-onafhankelijk kunnen laten zien dat er nog steeds een verrassende hoeveelheid ruimte is voor verschillen tussen de leptonen. Veel meer dan gedacht. Als je daar een afwijking meet, weet je dus dat er nieuwe fysica in het spel is, ook al weet je nog niet hoe die er precies uitziet.”
Het nieuwe werk vormt een onderdeel van Rehults proefschrift, dat hij over anderhalf jaar op de VU in Amsterdam hoopt te verdedigen.