17 feb. 1999
2 minuten
Een gezamenlijke speurtocht van de CMS- en LHCb-experimenten van Cern heeft geleid tot de ontdekking van een van de meest zeldzame deeltjesvervallen in de natuur: het verval van een Bs0-meson naar twee muonen. Het werk, waar ook onderzoekers van FOM-instituut Nikhef bij betrokken waren, is gepubliceerd in Nature.
Het Bs0-meson is een instabiel deeltje dat bestaat uit een zogenoemd beauty-antiquark en een strange-quark. Deze deeltjes heffen elkaar op in het verval en produceren daarbij twee muondeeltjes.
Naast dit verval hebben de fysici ook een hint gevonden van het vergelijkbare, maar nog zeldzamere verval van het Bd0-meson naar twee muonen. Het Bd0-meson lijkt op het Bs0-deeltje, maar bevat een beauty-antiquark en een down-quark.
Kwantummechanica
Vanwege hun zeldzaamheid bieden deze processen ons een diepe blik in de virtuele wereld van de kwantummechanica. Hierin kunnen nieuwe, onbekende deeltjes spontaan kortstondig verschijnen. Tijdens dit korte virtuele bestaan kunnen ze B-mesonen echter subtiel beïnvloeden. Daardoor kunnen de gemeten, zeldzame vervallen mogelijkerwijs vaker of minder vaak plaatsvinden dan natuurkundigen verwachten uit berekeningen met het standaardmodel – de standaardtheorie waarmee fysici deeltjes en krachten beschrijven.
"Het waargenomen vervalproces van een Bs0-deeltje naar twee muonen is zo zeldzaam dat zelfs de kans op het winnen van de loterij twintig maal groter is", zegt Siim Tolk, de promovendus die aan het onderzoek op Cern heeft meegewerkt. "De mate waarin het voorkomt stemt echter goed overeen met de verwachting van het standaardmodel. De waargenomen hint van het zelfs nóg zeldzamere proces, Bd0 naar twee muonen, komt iets eerder dan verwacht. Dat wil echter niet zeggen dat het huidige model niet klopt. Om daar een oordeel over te doen moeten we nauwkeurigere metingen verrichten."
"Het verbeteren van deze metingen is een van de hoofddoelen van de komende LHC-run en is cruciaal om het verlossende woord te spreken over het bestaan van nieuwe deeltjes zoals het zogenoemde Z-prime boson, waar recentelijk over werd gespeculeerd ", zegt Antonio Pellegrino, senior-onderzoeker van Nikhef en nauw betrokken bij deze meting.
Observation of the rare Bs->mu+mu- decay from the combined analysis of CMS and LHCb data, Nature, 13 mei 2015. DOI: 10.1038/nature14474
Afbeeldingen
BsMuMu.png en BdMuMu.png –
Signaal.png –