Alla fysiska teorier är förenklade representationer av verkligheten, och som en konsekvens, har ett specifikt tillämpningsområde. Många forskare som arbetade med LHCb -experimentet vid CERN hade hoppats att den exceptionella noggrannheten vid mätningen av det sällsynta förfallet av Bs0 -mesonen äntligen skulle avgränsa standardmodellens gränser, den nuvarande teorin om materiens struktur, och avslöjar fenomen som är okända för modern fysik. Men det spektakulära resultatet av den senaste analysen har bara tjänat till att utöka tillämpningsområdet för standardmodellen.

Mesoner är instabila partiklar som uppstår till följd av protonkollisioner. Fysiker är övertygade om att i vissa mycket sällsynta sönderfall av dessa partiklar, processer kan eventuellt inträffa som kan avslöja fysik, med deltagande av tidigare okända elementarpartiklar. Forskare vid LHC har undersökt Bs0-mesons förfall till en muon och en anti-muon. Den senaste analysen, genomförts för ett mycket större antal händelser än någonsin tidigare, har uppnått ett resultat som visar utmärkt överensstämmelse med standardmodellens förutsägelser.

Prof. Mariusz Witek från Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) i Krakow, säger, "Detta resultat är en spektakulär seger, bara att det är lite pyrrhic. Det är, faktiskt, ett av få fall där experiment stämmer överens med teorin, men ändå orsakar oro. Tillsammans med förbättringen av mätnoggrannheten för förfall av Bs0 -mesoner, vi förväntade oss att se nya fenomen bortom standardmodellen, som vi vet med alla är verkligen inte den ultimata teorin. Men istället, vi har bara visat att modellen är mer exakt än vi ursprungligen trodde."

Standardmodellen är en teoretisk ram som utvecklades på 1970 -talet för att beskriva fenomen som förekommer bland elementära partiklar. Modellen beskriver materia som sammansatt av elementära partiklar från en grupp som kallas fermioner, inklusive kvarkar (ner, upp, konstig, charm, sant och skönhet) och leptoner (elektroner, muons, tauoner och deras associerade neutrinoer). I modellen, det finns också partiklar av antimateria associerade med sina respektive materialpartiklar. Mellanbosoner är ansvariga för att bära krafter mellan fermioner; fotoner är bärare av elektromagnetiska krafter; åtta sorters gluoner är bärare av starka krafter; bosoner W+, W- och Z0 är ansvariga för att bära svaga krafter. Higgs boson, nyligen upptäckt vid LHC, ger partiklar massa (alla utom gluoner och fotoner).

Muoner är elementära partiklar med egenskaper som liknar elektronernas, bara cirka 200 gånger mer massiv. I tur och ordning, B-mesoner är instabila partiklar som består av två kvarker:en skönhets-anti-kvark och en dun, upp, konstigt eller charmkvarg. Nedbrytningen av Bs0-mesonen till en myon och en anti-myon (försedda med positiv elektrisk laddning) sker extremt sällan. Under den analyserade perioden för LHCb -operation, det fanns hundratals biljoner protonkollisioner under vilka hela kaskader av sönderfallande sekundära partiklar registrerades. Med ett så stort antal händelser i en urvalsprocess i flera steg, det var bara möjligt att plocka ut några få fall av detta förfall. En av dem kan ses i 3D här.

I sin senaste analys, LHCb-experimentteamet tog inte bara hänsyn till den första utan också den andra fasen av driften av LHC. Den djupare statistiken gav exceptionell sönderfallsmätnoggrannhet för skönhetsmesonen till en muon och anti-muon-upp till 7,8 standardavvikelser (vanligen betecknad med den grekiska bokstaven sigma). I praktiken, detta innebär att sannolikheten för att registrera ett liknande resultat genom slumpmässiga fluktuationer är mindre än en till över 323 biljoner.

"Den spektakulära mätningen av skönhetsmesonens förfall i ett muon-anti-muon-par överensstämmer med standardmodellens förutsägelser med en noggrannhet på upp till nio decimaler, "säger professor Witek.

Trots resultatet, fysiker är övertygade om att standardmodellen inte är en perfekt teori. Det tar inte hänsyn till förekomsten av gravitation, det förklarar inte materiens dominans över antimateria i det samtida universum, det ger ingen förklaring av den mörka materiens natur, det ger inga svar om varför fermioner består av tre familjer. Dessutom, för att standardmodellen ska fungera, över 20 empiriskt valda konstanter måste beaktas, inklusive massan av varje partikel.

"Den senaste analysen minskar avsevärt värdena för de parametrar som bör antas av vissa för närvarande föreslagna utvidgningar av standardmodellen - t.ex. supersymmetriska teorier. De antar att varje befintlig typ av elementär partikel har sin egen mer massiva motsvarighet - dess superpartner. Nu, som ett resultat av mätningarna, teoretiker som sysslar med supersymmetri har en minskad möjlighet att anpassa sin teori till verkligheten. Istället för att komma närmare, den nya fysiken avtar igen, " avslutar prof. Witek.

Fysiker planerar att fortsätta sina studier av sönderfallet av Bs0-mesonen till myon- och anti-myonparet. Det finns fortfarande en möjlighet att nya, oupptäckta effekter är mindre än förväntat och fortsätter att gå vilse i mätfel.