Opwinding op Cern: reageren muonen anders dan elektronen?

Dat zou betekenen dat de huidige theorie van de deeltjeswereld tekort schiet en mogelijk een onbekende xtra kracht in het spel is. De metingen zijn stevig genoeg voor "voorzichtige opwinding" onder natuurkundigen, maar statistisch is er nog geen sprake van een ontdekking van iets nieuws, aldus de LHCb-onderzoekers.

Volgens het Standaardmodel van de deeltjeswereld is hun massa het enige verschil tussen elektronen en muonen. Een muon is zo’n 200 keer zwaarder dan een elektron. In de theorie is er verder sprake van leptonuniversaliteit, wat betekent dat verschillende types leptonen identieke krachten voelen.

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.

Afwijking 3.1 sigma

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.

Tijdens de onderzoeksperiode werd de hele meetprocedure maandenlang op onvolkomenheden getest door een team van drie prominente LHCb reviewers, onder wie Wouter Hulsbergen van Nikhef. De reviewers hebben elke steen in de analyse omgekeerd, zegt Hulsbergen daarover: "Ik ben van nature nogal kritisch, maar ik heb er geen speld tussen gekregen."

Het feit dat de afwijking net voorbij de statistische grenswaarde van 3 sigma ligt, betekent volgens de afspraken binnen het vakgebied dat er sprake mag zijn van een aanwijzing (‘evidence’) voor een afwijking van het Standaardmodel. Pas bij een afwijking voorbij 5 sigma wordt er gesproken van een definitieve waarneming. Om die reden wordt er nu gesproken van "voorzichtige opwinding" binnen de Cern-gemeenschap.

Bron: Nikhef