Uit nieuwe analyses van drie grote CERN-experimenten blijkt dat exotische deeltjes genaamd B-mesonen zich misschien anders gedragen dan verwacht. Dat kan een teken zijn van het bestaan van nieuwe deeltjes, die buiten het standaardmodel van de deeltjesfysica vallen. Fysici zijn terughoudend in hun enthousiasme. De gemeten afwijkingen kunnen nog toeval zijn.
Drie experimenten, LHCb, CMS en ATLAS, keken naar B-mesonen die ontstaan bij de krachtige botsingen tussen twee bundels protonen die tot bijna de lichtsnelheid versneld worden in de LHC (Large Hadron Collider). Nadat ze ontstaan zijn, vallen B-mesonen vrij snel uiteen in andere deeltjes. In de huidige metingen zijn voorzichtige aanwijzingen te zien dat hun verval naar twee muonen (zware broertjes van elektronen) afwijkt van de theoretische voorspellingen. Wat die afwijking zou kunnen veroorzaken, is nog niet te zeggen.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Er zijn nog niet genoeg metingen gedaan om er zeker van te zijn dat deze B-mesonvervallen afwijken. Daarom noemen fysici het voorzichtig een ‘hint naar nieuwe fysica’. Het is nog te vroeg om te spreken van een ontdekking.
Vreemd vervallende B-mesonen
B-mesonen bestaan uit twee elementaire deeltjes genaamd quarks. Er zijn drie gewichtsklassen quarks: licht, middel en zwaar. B-mesonen zijn samengesteld uit één bottomquark – behorende tot de zwaarste klasse – en één andere quark. Hoe het B-meson precies vervalt, hangt af van die tweede quark. Als je weet wat de tweede quark is, kun je het verval heel precies voorspellen met het standaardmodel van de deeltjesfysica.
De drie experimenten keken hoe het verval van B0-mesonen, met een lichte downquark als tweede quark, verschilt van dat van B0S-mesonen, die een middelzware strangequark bevatten. In beide gevallen ging het om het verval naar twee muonen. In de metingen werd slechts 75 procent van de voorspelde B0S-vervallen gezien.
‘De metingen van de drie experimenten zijn individueel niet erg betekenisvol’, vertelt deeltjesfysicus Mick Mulder, betrokken bij LHCb. ‘De combinatie van de drie resultaten maakt het een interessante hint.’
Hij legt uit dat de B-mesonvervallen naar muonen erg zeldzaam zijn volgens de voorspellingen van het standaardmodel. ‘Er zijn andere deeltjesvervallen die tot 10 miljoen keer vaker voorkomen.’
Juist die zeldzaamheid maakt het verval geschikt om te zoeken naar nieuwe fysica, voorbij de grenzen van dit standaardmodel. Als een ander, nieuw deeltje zich bemoeit met dit zeldzame verval, dan is de invloed daarvan namelijk relatief groot, omdat de invloed van het standaardmodel klein is.
Leptoquark
Als de gemeten afwijking in deze B-mesonvervallen standhoudt, moet daar een verklaring voor gezocht worden. Vanuit de theoretische fysica staan er al een paar hypothetische deeltjes te trappelen om mee te doen aan de werkelijkheid.
Het – nu nog puur theoretische – deeltje genaamd leptoquark lijkt de meest waarschijnlijk kandidaat. Leptoquarks kunnen ongeveer zo zwaar zijn als een loodatoom en zouden zich zowel met leptonen (zoals elektronen) als met quarks bemoeien. De eigenschappen van dit theoretische deeltje kunnen – tot nu toe – het best verklaren waarom er bij deze B-mesonvervallen wel een afwijking gezien is en bij andere B-mesonvervallen niet.
‘Maar of er inderdaad een afwijking is en of die veroorzaakt wordt door een leptoquark, weten we pas als we naar meer metingen van de drie experimenten kunnen kijken’, zegt Mulder. ‘LHCb is nu bezig met de analyse van de nieuwste data. Als daar dezelfde afwijking uit komt en als CMS en ATLAS dat ook zien, hebben we echt iets interessants te pakken.’
