Een merkwaardig verval van B-mesonen in de Large Hadron Collider-versneller maakt acht jaar na de eerste aanwijzingen ervoor in het LHCb-experiment opnieuw de tongen los. In een nieuwe analyse van tweemaal zoveel vervallende B-deeltjes blijft een afwijking te zien die kan wijzen op een onbekend nieuw deeltje.
‘Dit is niet de zilveren kogel die het Standaardmodel omlegt, daar moeten we eerlijk in zijn’, zegt onderzoeker Patrick Koppenburg van de LHCb-groep op Nikhef. ‘Maar de suggestie van een deeltje dat we niet kennen in het Standaardmodel blijft overeind. Ik weet dat veel mensen in het veld hier lang naar hebben uitgekeken.’
In de Large Hadron Collider versneller op CERN in Genève botsen protonen op elkaar. Bij de botsingen ontstaan zogeheten B-mesonen, deeltjes die een botton-quark bevatten en nog een anti-quark.
Ongeveer één op de miljoen B-mesonen die in de LHC vrijkomen, valt uit
elkaar in een merkwaardig kwartet van twee muonen, een K-meson plus pion (samen meestal K* genoemd). Op papier kan precies voorspeld worden welke kant de muonen opvliegen. Maar in 2013 vond de LHCb-groep een asymetrie in de hoeken waaronder deze vier deeltjes uit het verdampende B-meson wegvliegen. En die asymetrie was anders dan de precieze voorspelling van het Standaardmodel.
De raadselachtige afwijking was in 2013 statistisch niet groot genoeg om het een echte ontdekking te noemen, het kon allemaal nog gewoon toeval zijn. Maar theoretici gingen aan de slag en lieten zien dat er nog een onbekend deeltje het proces zou kunnen verstoren, een zogeheten leptoquark.
Leptoquarks vormen een denkbeeldige maar intrigerende uitbreiding van de standaardverzameling deeltjes. In de bekende deeltjesbouwdoos van de materie zitten zes quarks en zes leptonen zoals het elektron en de neutrino’s. Volgens sommige theoretici zouden die twee groepen verschillende gedaanten kunnen zijn van een fundamenteler deeltje dat zowel quark-achtige als lepton-achtige kenmerken heeft.
Met de vandaag gepubliceerde nieuwe analyse op basis van alle LHCb-metingen tot en met 2016 is de statistiek nog steeds niet sterk genoeg om het bestaan van een leptoquark echt te bewijzen. ‘Maar het effect had met zoveel meer data ook kunnen verdwijnen, en dat doet het niet’, zegt Koppenburg.
In het jaar 2016 werden met de LHCb-detector op CERN evenveel B-mesonen waargenomen als in alle jaren daarvoor. Dat leidde tot een verdubbeling van het aantal gegevens, en dus een kleinere onzekerheid over alle data samen.
Tot een hardere conclusie leidt dat tot nog toe echter niet, zegt Koppenburg. Afzonderlijk liggen de metingen van 2016 ongeveer net zo dichtbij de standaardfysica als het eerste resultaat, maar alle metingen van mu-mu-K* samen liggen met meer zekerheid wel verder af van de standaardfysica.
Volgens Koppenburg is dit vooral nog een extra motivatie om de analyses van de LHCb-metingen over 2017 en 2018 voort te zetten. Daarbij is Nikhef niet direct betrokken, maar Koppenburg leidt wel voor heel LHCb het publicatieproces. Wanneer die resultaten worden gepubliceerd staat niet vast, zegt hij.