ENGINEERINGNET.BE - Volgens het Standaardmodel van de deeltjeswereld is het enige verschil tussen elektronen en muonen hun massa. Een muon is zo’n 200 keer zwaarder dan een elektron.
Het elektron en het muon zijn voorbeelden van een groep elementaire deeltjes, genaamd leptonen. In de theorie is er ook sprake van leptonuniversaliteit: diverse types leptonen voelen identieke krachten.
Het verval van B-mesonen via zogenaamde ‘penguin’-processen naar Kaon-deeltjes, samen met enerzijds muonen of anderzijds elektronen, is een uiterst gevoelige methode om deze universaliteit te testen. De meting wordt uitgedrukt in een grootheid R_K: het aantal B-vervallen naar muonen gedeeld door het aantal vervallen naar elektronen.
Waar het Standaardmodel een waarde van R_K = 1 verwacht, is het door LHCb gevonden resultaat R_K = 0.846 + 0.044 – 0.041. Dat komt overeen met een afwijking van 3.1 sigma ten opzichte van de verwachting van het Standaardmodel.
Dit is een aanwijzing dat de natuurkrachten niet gelijk zijn voor elektronen en muonen. Dat is mogelijk ook een aanwijzing voor het bestaan van een nog onbekende vijfde natuurkracht.
De nieuwe meting is het resultaat van alle data die door LHCb verzameld zijn in run-1 en run-2 van de LHC. De meting is uitgevoerd door een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de LHCb physics coördinator Niels Tuning van Nikhef.
Het feit dat de afwijking net voorbij de statistische grenswaarde van 3 sigma ligt, betekent volgens de afspraken binnen het vakgebied dat er sprake is van een aanwijzing voor een afwijking van het Standaardmodel. Pas bij een afwijking voorbij 5 sigma wordt er gesproken van een definitieve waarneming.
Tuning: “Het spannende van een dergelijke afwijking is dat het nog alle kanten op kan: beweegt het resultaat richting het Standaardmodel, of richting een ontdekking, als later dit jaar een tweede meting wordt toegevoegd?”
In het LHCb-experiment zijn meerdere analyses onderweg die in het voorjaar een bevestiging kunnen geven van de afwijking van het Standaardmodel. Ook is van belang dat de metingen door andere experimenten bevestigd worden, zoals CMS, ATLAS en straks het Belle II-experiment in Japan.
Als de metingen bevestigd worden, betekent het dat er sprake is van een nieuwe natuurkracht naast de vier bekende fundamentele krachten. Het bijzondere van deze nieuwe natuurkracht is dan dat het een kracht betreft die onderscheid maakt tussen de diverse leptonen.
Op de figuur boven: Het zeldzame B naar muonen verval, gemeten bij LHCb. Zwart de meetpunten, blauw de theoretische voorspellling.
