Fysikere, der arbejder på LHCb-eksperimentet ved CERN, har fundet evidens for et partikelnedfald, der er så sjældent, at det sker omtrent én gang ud af 10 milliarder nedfald, og dermed afsluttes en søgning, der har kørt i mere end 40 år.
Resultatet vedrører en beauty-partikel – et kortlivet hadron, der indeholder en bundkvark – produceret i højenergiprotonkollisioner inde i Large Hadron Collider. Samarbejdet rapporterede observationen i denne uge.
Hvorfor et sjældent nedfald er værd at jagte
Sjældne nedfald er nyttige netop, fordi de er sjældne. I Standardmodellen kan sandsynligheden for et givet nedfald beregnes med høj præcision. Hvis et eksperiment måler en rate, der afviger fra den forudsigelse, ville forskellen pege på partikler eller kræfter, der endnu ikke er observeret.
At finde nedfaldet med den forventede rate er derfor en test af, at det standardmæssige billede holder i et område, hvor det kunne være brudt. Det udelukker også en række foreslåede modeller, der forudsagde en anden rate.
Hvordan målingen blev foretaget
LHCb-detektoren er designet til at identificere partikler produceret i kollisioner mellem protoner og spore deres baner over korte afstande. Beauty-partikler henfalder inde i detektoren inden for en brøkdel af et nanosekund, så eksperimentet er afhængigt af præcis sporing og partikelidentifikation for at rekonstruere, hvad der blev produceret, og hvordan det faldt fra hinanden.
At adskille signalet fra baggrunden krævede analyse af et meget stort datasæt indsamlet over flere års drift. Samarbejdet sagde, at resultatet stemmer overens med Standardmodellen, og at målingen nu sætter strammere grænser for flere klasser af nye fysikmodeller.
Hvad kommer nu
Large Hadron Collider går ind i en periode med opgraderinger, der skal øge kollisionsraten og mængden af registrerede data. Mere data vil gøre det muligt for LHCb at bekræfte observationen og måle beslægtede nedfald med større præcision.
Fysikere har længe forventet, at ny fysik, hvis den findes ved tilgængelige energier, først ville vise sig i processer, der er stærkt undertrykte i Standardmodellen. Indtil videre har disse søgninger fundet overensstemmelse snarere end afvigelse, hvilket i sig selv er et resultat: det fortæller teoretikerne, hvor nye partikler ikke kan skjule sig.