Neue Messung der Lepton-Universalität bestätigt das Standardmodell

Die Forschenden des LHCb-Experiments – hier eine Gruppe von ihnen vor ihrem Detektor – haben neue Ergebnisse vorgestellt, die das Standardmodell der Teilchenphysik bestätigen. (Bild: CERN)

An einem Seminar am CERN haben die Forschenden des LHCb-Experiments jetzt neue Daten vorgestellt, die zeigen: Die Vorhersagen für das Standardmodell der Teilchenphysik – das theoretische Modell, das die Interaktionen und "Spielregeln" der kleinsten Teilchen beschreibt – stimmen (bisher). Eine Spezialität des LHCb-Experiments liegt dabei auf einem Phänomen namens Leptonuniversalität. Sie sagt aus, dass sich die drei geladene Teilchen aus der Familie der Leptonen – Elektron, Myon und Tau-Teilchen – bis auf kleine Unterschiede in ihrer Masse genau gleich verhalten. Das bedeutet auch, dass Teilchenzerfälle mit Elektronen, Myonen oder Tau-Teilchen im Endzustand genauso häufig sind.

Die Zerfälle die in dieser Messung benutzt wurden sind sehr selten. An den Kollisionen sind Teilchen beteiligt, die ein b-Quark enthalten, das in ein s-Quark und zwei unterschiedlich geladene Leptonen zerfällt. Die Forschenden haben das Verhältnis dieser b-Zerfälle mit unterschiedlichen Leptonen im Endzustand gemessen. Dieser Prozess hatte in der Vergangenheit bereits einiges an Aufsehen erregt, weil frühere Messungen mit weniger Daten darauf hingedeutet hatten, dass die Leptonuniversalität verletzt sein könnte. Besonderes Interesse galt dabei den beiden Verhältnissen R_K und R_K*.

Das Verhältnis R_K misst, wieviele B+ Teilchen in ein geladenes Kaon und entweder in eine Paar entgegengesetzt geladener Elektronen oder ein paar entgegengesetzt geladener Myonen zerfällt. Allerdings waren die bisherigen Messungen einzeln nicht statistisch aussagekräftig genug, um eine Verletzung der Leptonuniversalität nachweisen zu können. "Deshalb haben alle Teilchenphysiker:innen gespannt auf unsere neuen Ergebnisse gewartet", erklärt Alex Seuthe, der vor kurzem in der LHCb-Gruppe an der TU Dortmund promoviert hat und gemeinsam mit Forschenden der TU Dortmund und der RWTH Aachen an der Messung beteiligt war. Das neue Ergebnis wurde diese Woche in einem Seminar mit über 700 Teilnehmenden am CERN vorgestellt.

Mit dem vollständigen Datensatz der beiden ersten Datennahmeperioden am LHC und einer gleichzeitigen Analyse beider Kanäle konnte die Genauigkeit der Messung wesentlich verbessert werden.Die beobachteten Verhältnisse R_K und R_K* sind mit den Theorievorhersagen vollständig im Einklang. Frühere potentielle Spannungen konnten nicht bestätigt werden. "Denoch sind die b -> s Übergänge weiterhin interessant, um in Quantenkorrekturen nach potenziellen Beiträgen neuer Teilchen zu suchen", betont Christoph Langenbruch von der RWTH Aachen. Weitere spannende Messungen sind zum Beispiel die Winkelverteilungen der Teilchen im Endzustand und absolute Verzweigungsverhältnisse.