Ein weiterer Sieg für das Standardmodell der Teilchenphysik

Darstellung eines typischen BS0-Zerfalls in zwei Myonen. Die bei dem Zerfall resultierenden beiden Spuren der Myonen sind hier grün gekennzeichnet. (Image: LHCb collaboration)
Darstellung eines typischen BS0-Zerfalls in zwei Myonen. Die bei dem Zerfall resultierenden beiden Spuren der Myonen sind hier grün gekennzeichnet. (Image: LHCb collaboration)

Auf einem Seminar am CERN hat die LHCb Collaboration am 14. Februar 2017 ein außergewöhnliches Ergebnis zu einem sehr seltenen Zerfall eines Teilchens namens BS0 vorgestellt. Diese Beobachtung repräsentiert einen weiteren Sieg des Standardmodells der Teilchenphysik über all seine theoretischen Alternativen. Das Standardmodell erklärt nach unserem besten Wissen das Verhalten aller Elementarteilchen im Universum.

Die LHCb Collaboration hat die Beobachtung eines Zerfalls des BS0-Mesons in zwei Myonen gemeldet. Das BS0-Meson ist ein schweres Teilchen, das aus einem Bottom-Antiquark und einem Strangequark besteht. Dieser Zerfall ist extrem selten – der seltenste, der bislang beobachtet wurde: Den theoretischen Voraussagen zufolge sollte er nur drei mal pro jeder Milliarde Zerfallsprozesse dieses Teilchens auftreten.

Der Zerfall des BS0-Mesons wurde lange Zeit als ein sehr vielversprechender Ort angesehen, um nach Rissen im Panzer des Standardmodells zu suchen, das manche Fragen unbeantwortet lässt, obwohl es unsere beste verfügbare Beschreibung der subatomaren Welt darstellt. Deshalb entwickelten Physiker mit der Zeit viele Alternativen oder ergänzende Theorien.

Eine umfassende Klasse von Theorien, die das Standardmodell um neue Physik erweitern (beispielsweise die Supersymmetrie), sagt wesentlich höhere Werte für die Wahrscheinlichkeit des BS0-Zerfalls voraus. Aus diesem Grund würde die Beobachtung einer signifikanten Abweichung des vom Standardmodell vorhergesagten Wertes auf die Präsenz einer neuen, bisher unbekannten Physik hindeuten.

Der von der LHCb Collaboration gefundene experimentelle Wert für diese Wahrscheinlichkeit stimmt sehr gut mit dem von der Theorie vorhergesagten Wert überein. Außerdem wurde das Ergebnis mit einer sehr hohen Verlässlichkeit von 7,8 Standardabweichungen bestätigt. Das bedeutet, die Wissenschaftler sind sich extrem sicher, dass das Ergebnis nicht nur ein Zufall war.

Die LHCb Collaboration beobachtete den ersten Beleg für dieses Phänomen im November 2012 mit einer Signifikanz von 3,5 Standardabweichungen. Drei Jahre später, im Mai 2015, machte die LHCb Collaboration zusammen mit der CMS Collaboration die erste bestätigte Beobachtung mit einer Signifikanz von 6,2 Standardabweichungen (siehe die Abhandlung im Journal Nature).

Dieses neue Ergebnis begrenzt den Handlungsspielraum für andere Physikmodelle jenseits des Standardmodells: Alle Kandidatenmodelle werden ihre Kompatibilität mit diesem wichtigen Ergebnis demonstrieren müssen.

Quelle

(THK)

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