Een signaal dat 40 jaar op zich liet wachten
Natuurkundigen van het LHCb-experiment bij CERN hebben het eerste bewijs gerapporteerd van een verval dat volgens de theorie ongeveer één keer per 10 miljard beauty-deeltjes plaatsvindt. Het resultaat, van de opgewaardeerde detector bij de Large Hadron Collider, volgt op een zoektocht die meer dan vier decennia geleden begon.
Het proces staat bekend als Bd naar mu mu: een neutraal deeltje met een beauty-quark vervalt in twee muonen, zwaardere verwanten van het elektron. De meting bereikte een statistische significantie van 3,2 sigma, genoeg om van bewijs te spreken maar minder dan de vijf sigma die de deeltjesfysica voor een ontdekking vereist.
Waarom zeldzame vervallen ertoe doen
Beauty-quarks worden in grote aantallen geproduceerd bij botsingen en leven ongeveer 1,5 biljoenste van een seconde. Hoe zeldzamer een verval, hoe gevoeliger het kan zijn voor deeltjes die te zwaar zijn om direct bij de collider te worden geproduceerd, omdat die deeltjes kunnen veranderen hoe vaak het verval plaatsvindt.
De gemeten frequentie komt overeen met het Standaardmodel, de huidige beschrijving van fundamentele deeltjes. Die overeenstemming is op zich nuttig: ze beperkt de ruimte voor onbekende fysica in dit kanaal en geeft theoretici een scherper ijkpunt voor toekomstige gegevens.
Het zeptoversum verkennen
De opgewaardeerde LHCb, een project van 15 jaar met ongeveer 1.900 onderzoekers, kan tot vijf keer sneller gegevens verzamelen dan voorheen. Een in Groot-Brittannië gebouwde siliciumpixeldetector, de Vertex Locator genaamd, staat vijf millimeter van de bundel en bepaalt waar deeltjes worden geproduceerd en waar ze vervallen.
Chris Parkes van de Universiteit van Manchester, die de samenwerking door de opwaardering leidde, vergeleek de kansen met het vinden van een perfecte match op een eerste date onder alle mensen op aarde. Conor Fitzpatrick, plaatsvervangend fysicacoördinator, noemde het verval een gouden kanaal om nieuwe fysica op te sporen.
De samenwerking verwacht begin jaren 2030 een veel grotere dataset, en een verdere opwaardering zou de verzamelingssnelheid vertienvoudigen. Dat zou metingen richting de zeptometer brengen, een miljardste van een biljoenste meter, waar natuurkundigen hopen deeltjes en krachten te vinden die het Standaardmodel niet beschrijft.