Nach der Analyse der Daten der ersten und zweiten Jahreszeit des Large Hadron Collider fanden Physiker heraus, dass das Verhältnis der Zerfallsraten von B-Mesonen in ein Myon-Anti-Myon-Paar und ein Elektro-Positron-Paar 0,846 beträgt Prinzip der Universalität von Lepton-Aromen, wonach die Zerfallsraten gleich sein sollten. Die Ergebnisse wurden auf der Rencontres de Moriond-Konferenz und beim Seminar am CERN präsentiert, mehr über die Entdeckung erfahren Sie im veröffentlichten Preprint auf der Website arXiv.org.
Die LHCb-Kollaboration des Large Hadron Collider untersucht, wie der Name schon sagt, das Verhalten des schönen b-Quarks. Insbesondere untersuchen Wissenschaftler die Familie der B-Mesonen, bestehend aus vier Teilchen mit einem gemeinsamen charmanten Antiquark und einem Up-Quark (B +), einem Down-Quark (B0), einem Strange-Quark (BS0) oder einem Charmed-Quark (BC +). Ihr Zerfall hat bereits die Aufmerksamkeit von Physikern auf der Suche nach neuer Physik auf sich gezogen - zum Beispiel passt der Zerfall eines geladenen B + -Mesons in Myonen nicht in das Standardmodell.
Nach dem Standardmodell sollten Zerfälle mit unterschiedlichen Geschmacksrichtungen geladener Leptonen (Elektronen, Myonen (200 mal schwerer als ein Elektron) und Tau-Leptonen (3500 mal schwerer als ein Elektron)) mit der gleichen Wahrscheinlichkeit ablaufen - dieses Prinzip nennt man Universalität des Lepton-Aromas. Normalerweise wird dieses Prinzip durch die Messung des Verhältnisses zwischen den Zerfallswahrscheinlichkeiten bestätigt - sein Wert weicht nur geringfügig von eins ab, korrigiert um den instrumentellen Fehler.
Diesmal verarbeitete eine Gruppe von Physikern die Daten aus den Jahren 2017 und 2018, die den Betrieb des Large Hadron Collider um eineinhalb Jahre verlängerten – sie suchten nach den Regionen des B + -Mesonenzerfalls mit der Bildung eines Kaons und ein Myon-Anti-Myon-Paar, sowie Zerfall unter Bildung eines Kaons und eines Elektron-Positron-Paares. Diese Zerfälle sind ziemlich selten - nur einer von zwei Millionen Zerfällen des B + -Mesons.
Um den Bias aufgrund von Detektorfehlern zu reduzieren, verwendeten die Physiker der Kollaboration die Double-Ratio-Methode. Jetzt haben Wissenschaftler das Verhältnis der Zerfälle pro Kaon RK auf das Verhältnis der Zerfälle, die den Zerfall des j-psi-Mesons in Elektron-Positron- oder Myon-Anti-Myon-Paare beinhalten, normalisiert. Letztere liegt zwar nahe bei eins (ungefähr 0,981 ± 0,022), weist jedoch den gleichen Fehler des Detektors auf.
Experimentelle Daten zum Zerfall des B-Mesons in die entsprechenden Teilchen: (oben links) in ein Kaon und Elektronen, sowie bei der zwischenzeitlichen Bildung eines j-psi-Mesons, (oben rechts) in ein Kaon und Myonen, (unten links) in ein Kaon und Elektronen mit zwischenzeitlicher Bildung eines j-psi-Mesons, (unten rechts) in ein Kaon und Myonen mit zwischenzeitlicher Bildung eines j-psi-Mesons
Wissenschaftler analysierten die Lücke der invarianten Masse eines Leptonenpaares im Bereich von 1, 1 bis 6 GeV2. Physiker haben den RK-Wert mit der Maximum-Likelihood-Methode auf 0,846 + 0,044-0,041 geschätzt. Diese Zahl unterscheidet sich von eins bei einem statistischen Signifikanzniveau von 3,1 Sigma. Um jedoch genau über die Beobachtung eines Verstoßes gegen das Prinzip sprechen zu können, ist es erforderlich, ein Signifikanzniveau von 5 Sigma zu erreichen. Dies ist bis heute die genaueste Messung von RK mit der maximalen Signifikanz der Abweichung, was es uns erlaubt, von "Nachweis" der Abweichung zu sprechen. Die Autoren schlagen einen der Gründe für diese Abweichung vor: Im Zerfallsprozess kann ein hypothetisches Leptoquark auftreten, das im Gegensatz zu Bosonen des Standardmodells auf unterschiedliche Weise mit Leptonen wechselwirken kann.
Grün, Blau und Grau - bisherige Verfeinerungen von Rk, Schwarz - der neue Wert des Verhältnisses von Myonzerfall zu Elektronenzerfall
Eine neue Verfeinerung des Verhältnisses der Zerfallsraten in ein Kaon mit Myonen und ein Kaon mit Elektronen deckt sich mit den bisherigen weniger genauen Werten, beschränkte aber das Vertrauensintervall auf drei Sigma. In Zukunft planen Physiker, den Wert der Genauigkeit aufgrund der neuen Saison des LHC zu erhöhen, aber in naher Zukunft wird die Zusammenarbeit andere Entdeckungen aus dem Zerfall von schönen Teilchen teilen.
Von der Redaktion
Nach der Veröffentlichung des Hinweises haben wir die unglückliche Formulierung im Text bezüglich der statistischen Signifikanz des Ergebnisses korrigiert.
Immer häufiger treten Verstöße gegen das Standardmodell auf, aber Wissenschaftler finden auch theoretisch vorhergesagte Teilchen. Erst letzte Woche gaben Physiker die Entdeckung eines neuen virtuellen farblosen Teilchens bekannt – des Odderones. Es besteht aus einer ungeraden Anzahl von Gluonen und wurde im Rahmen der Theorie der Quantenchromodynamik vorhergesagt.
