Natuurkundigen van het LHCb-experiment bij CERN hebben het eerste bewijs gevonden van een deeltjesverval dat ruwweg één keer op elke 10 miljard gevallen gebeurt, waarmee een zoektocht die in 1984 begon wordt afgesloten.
Een speld in 10 miljard hooibergen
Het verval wordt geschreven als B0 naar twee muonen: een B0-meson, een kortlevend deeltje met een beauty-quark, verandert in een paar muonen, de zwaardere neven van het elektron. Het Standaardmodel voorspelt dat dit ongeveer één keer op 10 miljard B0-vervallen zou moeten gebeuren.
Het CLEO-experiment stelde in 1984 de eerste bovengrens aan de snelheid vast. Sindsdien hebben generaties detectoren ernaar gezocht. Beauty-quarks worden in enorme aantallen geproduceerd bij botsingen in de LHC, maar leven slechts ongeveer 1,5 biljoenste van een seconde, dus het signaal moet uit een enorme achtergrond worden gehaald.
Drie sigma, geen vijf
Het resultaat heeft een statistische significantie van 3,2 sigma. Dat geldt als bewijs, maar blijft onder de vijf sigma die de deeltjesfysica vereist voordat iets een ontdekking wordt genoemd.
Alleen al in de nieuwe gegevens mat het team de vertakkingsfractie op ongeveer 1,26 per 10 miljard vervallen, met een statistische onzekerheid van ruwweg 0,5. De samenwerking meldde ook verbeterde metingen van het verwante verval van B0s naar twee muonen. Het artikel is in druk bij Physical Review X.
Waarom het ertoe doet
Zeldzame vervallen zijn gevoelig voor deeltjes die niemand heeft gezien. Nieuwe natuurkunde die aan beauty-quarks koppelt, zou de snelheid van de Standaardmodel-voorspelling afwijken. Tot nu toe komt de meting overeen met de voorspelling, wat op zich nuttig is: het beperkt modellen die een groter effect verwachtten.
Een lid van de samenwerking beschreef de precisie als kloppen op de deur van het Zeptoversum. Meer gegevens van de High-Luminosity-upgrade van de LHC zouden de meting voorbij vijf sigma moeten brengen en de foutmarges moeten verkleinen.
Het resultaat toont ook hoe ver het vakgebied is opgeschoven sinds de zoektocht begon. In 1984 was de vraag of zo'n verval überhaupt bestond. Nu is de vraag of de snelheid tot op de tweede decimaal met de theorie overeenkomt, want daar zouden tekenen van nieuwe deeltjes opduiken.