Die Symmetrie zwischen Elektronen und Myonen wackelt

23.03.2021

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RWTH an aktuellen Forschungsergebnissen der Teilchenphysik beteiligt

 

Das Standard-Modell der Teilchenphysik beschreibt das Verhalten aller Kräfte und Teilchen im Universum. Es häufen sich jedoch Anzeichen, dass das Standard-Modell Probleme haben könnte, alle Messungen zu erklären. Ein internationales Team von Teilchenphysikerinnen und -physikern der Large Hadron Collider beauty-Kollaboration, kurz LHCb, präsentiert am Dienstag, 23. März 2021, im Rahmen der Fachkonferenz Moriond EW und in einem Seminar am Forschungszentrum CERN in Genf erstmals zwei zentrale Messungen. Die Daten wurden am LHCb-Detektor am CERN gesammelt, die RWTH Aachen, die TU Dortmund und die Universität Heidelberg sind an diesen Messungen maßgeblich beteiligt.

Das Standard-Modell der Teilchenphysik sagt voraus, dass sich die schweren Partner des Elektrons, das Myon- und das Tau-Teilchen, genauso wie das Elektron verhalten. Dieses identische Verhalten der Teilchen, die alle zur Gruppe der Leptonen gehören, wird als Lepton-Universalität bezeichnet. Am LHCb-Experiment untersucht man in einigen Messungen, ob das Verhalten tatsächlich identisch ist oder ob es leichte Abweichungen gibt. Dabei stehen sehr seltene Teilchenzerfälle von B+-Mesonen im Mittelpunkt. Gemäß der Theorie müssten sie gleich oft in die Endzustände „K+e+e-“ und „K+mu+mu“ zerfallen. Allerdings wurde festgestellt, dass B+ Mesonen etwas häufiger in den Endzustand K+e+e- zerfallen. Das Ergebnis könnte auf eine Verletzung der Lepton-Universalität hindeuten. Noch liegt der Untersuchungswert bei einer Signifikanz von 3.1 Standardabweichungen, eine eindeutige Entdeckung erfordert eine Signifikanz von 5 Standardabweichungen.

„Die Symmetrie zwischen Elektronen und Myonen wackelt! Wenn wir die Messung mit weiteren Daten bestätigen, wäre das ein starkes Anzeichen für neue Physikphänomene jenseits des Standard-Modells“, so Dr. Eluned Smith vom I. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen. Sie koordinierte gemeinsam mit Dr. Martino Borsato von der Universität Heidelberg und Professor Johannes Albrecht von der TU Dortmund die Analyse.

„Dieses Ergebnis gliedert sich in eine Reihe von Messungen ein, die gemeinsam ein konsistentes Bild ergeben. Die Daten erfordern derzeit klar Erklärungen und Modelle, die über das Standardmodell hinausgehen, wie zum Beispiel die Existenz von sogenannten Leptoquarks“, ergänzt Albrecht.