LHCb-Experiment sieht neue Belege für ein seltsames Verhalten bei Leptonen

Das LHCb-Experiment am CERN. (Credits: Image: CERN)
Das LHCb-Experiment am CERN. (Credits: Image: CERN)

Die LHCb Collaboration hat bei ihrer Aufgabe, ein Schlüsselprinzip des Standardmodells namens Leptonen-Universalität zu prüfen, ein erstaunliches neues Ergebnis bekanntgegeben. Obwohl es nicht statistisch relevant ist, stimmt das Ergebnis – ein möglicher Unterschied beim Verhalten verschiedener Leptonen – mit anderen früheren Ergebnissen überein. Wenn es sich durch die Sammlung und Analyse größerer Datensätze bestätigt, würden die Ergebnisse auf einen Bruch im Standardmodell hinweisen.

Die Leptonen-Universalität ist die Theorie, laut der alle drei Typen geladener Leptonen-Teilchen – Elektronen, Myonen und Tauonen – auf dieselbe Weise mit anderen Teilchen interagieren. Infolgedessen sollten die verschiedenen Leptonen-Typen gleich oft bei Zerfallsprozessen entstehen, sobald ihre Massenunterschiede berücksichtigt wurden. Einige Messungen der Zerfallsprozesse, durchgeführt vom LHCb-Team und anderen Gruppen während der letzten paar Jahre, haben allerdings auf einen möglichen Unterschied hinsichtlich ihres Verhaltens hingedeutet. Separat betrachtet sind diese Messungen nicht statistisch signifikant genug, um eine Verletzung der Leptonen-Universalität und damit einen Bruch im Standardmodell zu behaupten. Aber es ist erstaunlich, dass Hinweise auf einen Unterschied bei verschiedenen Teilchenzerfallsprozessen und Experimenten aufkamen.

Das neueste LHCb-Ergebnis ist der erste Test der Leptonen-Universalität unter Verwendung der Zerfallsprozesse von Beauty-Baryonen – das sind Teilchen bestehend aus drei Quarks, darunter mindestens einem Beauty-Quark. Die LHCb-Forscher sichteten Daten von Proton-Proton-Kollisionen bei Energien von 7, 8 und 13 Teraelektronenvolt und identifizierten Beauty-Baryonen, die als Λb0 bezeichnet werden. Dann zählten sie, wie oft sie in ein Proton, ein geladenes Kaon und entweder ein Myon/Antimyon-Paar oder ein Elektron/Positron-Paar zerfielen.

Das Team berechnete dann das Verhältnis zwischen diesen beiden Zerfallsraten. Wenn die Leptonen-Universalität gilt, sollte dieses Verhältnis nahe Eins liegen. Eine Abweichung von dieser Vorhersage könnte daher eine Verletzung der Leptonen-Universalität anzeigen. Solch eine Verletzung könnte durch die Präsenz eines nie zuvor beobachteten Teilchens in den Zerfallsprozessen verursacht werden, das vom Standardmodell nicht vorausgesagt wird.

Das Team erhielt ein Verhältnis knapp unter Eins mit einer statistischen Signifikanz von etwa einer Standardabweichung – das ist weit unterhalb der fünf Standardabweichungen, die für die Behauptung eines echten Unterschieds bei den Zerfallsraten benötigt werden. Die Forscher sagen, dass die Ergebnisse in die gleiche Richtung wie die anderen Ergebnisse zeigen. Letztere haben Hinweise beobachtet, dass Zerfallsprozesse in ein Myon/Antimyon-Paar weniger oft auftraten als Zerfallsprozesse in ein Elektron/Positron-Paar. Aber sie sagen auch, dass viel mehr Daten benötigt werden, um sagen zu können, ob diese Kuriosität beim Verhalten von Leptonen real ist oder nicht.

Quelle

(THK)

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