Natuurkundigen die aan het LHCb-experiment bij CERN werken, hebben bewijs gevonden voor een deeltjesverval dat zo zeldzaam is dat het ongeveer één op de tien miljard vervallen voorkomt, waarmee een zoektocht van meer dan 40 jaar ten einde komt.
Het resultaat betreft een beauty-deeltje — een kortlevend hadron met een bottom-quark — dat wordt geproduceerd bij hoogenergetische protonbotsingen in de Large Hadron Collider. De samenwerking meldde de waarneming deze week.
Waarom een zeldzaam verval de moeite waard is
Zeldzame vervallen zijn juist nuttig omdat ze zeldzaam zijn. In het Standaardmodel kan de waarschijnlijkheid van een bepaald verval met hoge precisie worden berekend. Als een experiment een snelheid meet die afwijkt van die voorspelling, zou de kloof wijzen op deeltjes of krachten die nog niet zijn waargenomen.
Het vinden van het verval in de verwachte mate is daarom een test dat het standaardbeeld standhoudt op een plek waar het had kunnen breken. Het sluit ook een reeks voorgestelde modellen uit die een andere snelheid voorspelden.
Hoe de meting werd gedaan
De LHCb-detector is ontworpen om deeltjes te identificeren die bij botsingen van protonen ontstaan en hun banen over korte afstanden te volgen. Beauty-deeltjes vervallen binnen een fractie van een nanoseconde in de detector, dus het experiment vertrouwt op nauwkeurige spoorvolging en deeltjesidentificatie om te reconstrueren wat er werd geproduceerd en hoe het uiteenviel.
Het scheiden van het signaal van de achtergrond vereiste de analyse van een zeer grote dataset die over meerdere jaren van bedrijf werd verzameld. De samenwerking zei dat het resultaat overeenkomt met het Standaardmodel en dat de meting nu strengere grenzen stelt aan verschillende klassen van nieuwe-fysicamodellen.
Wat nu volgt
De Large Hadron Collider gaat een periode van upgrades in die bedoeld zijn om de botsingssnelheid en het volume aan geregistreerde gegevens te verhogen. Meer gegevens zullen LHCb in staat stellen de waarneming te bevestigen en verwante vervallen met grotere precisie te meten.
Natuurkundigen verwachten al lang dat nieuwe fysica, als die bestaat bij toegankelijke energieën, zich eerst zou manifesteren in processen die in het Standaardmodel sterk onderdrukt worden. Tot nu toe hebben die zoektochten overeenstemming gevonden in plaats van afwijking, wat op zichzelf een resultaat is: het vertelt theoretici waar nieuwe deeltjes zich niet kunnen verschuilen.