Sedan en tid tillbaka, forskare har noterat flera avvikelser i skönhetsmesons förfall i data som kommer in från LHCb -experimentet på Large Hadron Collider. Är de mer än bara statistiska fluktuationer? Den senaste analysen, med beaktande av så kallade långväga effekter i partiklarnas sönderfall, ökar sannolikheten för att avvikelserna inte är ett fel i mätteknikerna.

Medan forskare som söker direkta spår av ny fysik försöker eliminera alla potentiella nya signaler vid partikelkollisioner, avslöjar det tomrum som förutses av standardmodellen, andra som tittar på andra fenomen börjar se ökande avvikande signaler i havet av data som är olösta.

Standardmodellen är en uppsättning teoretiska verktyg som utvecklades på 1970 -talet för att beskriva fenomen som förekommer i atomkärnornas och elementära partiklar. Det fungerar mycket bra, men kan inte ge svar på några viktiga frågor. Varför har elementära partiklar särskilda massor? Varför skapar de familjer? Varför dominerar materia så tydligt över antimateria? Vad består mörk materia av? Det finns en välgrundad tro bland fysiker att standardmodellen endast beskriver ett fragment av verkligheten, och behöver förlängas.

"Länge i LHC, det har varit en intensiv jakt på allt som inte kan förklaras av nuvarande fysik. För närvarande, sökandet efter nya partiklar eller fenomen på ett direkt sätt förblir fruktlöst. Dock, flera avvikelser har hittats i data som innehåller sönderfall av skönhetsmesoner. De blir mer och mer intressanta dag för dag eftersom ju mer data vi behandlar och desto fler effekter tar vi med i beräkningen när vi beskriver dem, ju mer de syns, "förklarar Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN, University of Zurich), medförfattare till den senaste publikationen i tidskriften European Physical Journal C . De tre andra författarna är Christoph Bobeth från Münchens tekniska universitet, Danny van Dyk från University of Zurich (UZ), och Javier Virto från PM och Center for Theoretical Physics vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, USA

Mesoner, partiklar gjorda av kvark-antikvark-par, finns i många varianter. B (skönhets) mesonerna innehåller en dunkvark, en av komponenterna i protoner och neutroner som är vanlig i naturen, och en skönhetskvart. Mesoner är instabila system och sönderfaller snabbt på sätt som beskrivs som förfallskanaler. En av dessa avvikelser observerades i förfallskanalen för meson B till en annan meson (K*; denna meson innehåller en konstig kvark istället för en skönhetskvark) och ett muon-antimuon-par (muoner är elementära partiklar med egenskaper som liknar elektroner, bara nästan 200 gånger mer massiv).

"I tidigare beräkningar, man antog att när mesonen sönderfaller, det finns inga fler interaktioner mellan dess produkter. I våra senaste beräkningar, Vi har också inkluderat långdistanseffekter som kallas charm-loopar. Med en viss sannolikhet, förfallets produkter interagerar med varandra, till exempel utbyte av gluoner, partikeln som är ansvarig för starka interaktioner, bindande kvarkar i protoner och neutroner, "säger Dr van Dyk (UZ).

Effekten av mätningar i fysik beskrivs vanligtvis av värdet av sigma standardavvikelse. En effekt som skiljer sig från förutsägelser med mer än tre standardavvikelser (3 sigma) behandlas som en observation. En upptäckt sägs ha gjorts när noggrannheten stiger över 5 sigma (vilket innebär en sannolikhet på mindre än en av 3,5 miljoner att slumpmässiga fluktuationer ger det observerade resultatet). Analyser av förfall av B-mesoner till K* mesoner och ett muon-antimuon-par visade en spänning med standardmodellspådom på 3,4 sigma (i andra sönderfallskanaler, anomalier av liknande art observerades). Under tiden, inkluderingen av långdistanseffekter i den teoretiska beskrivningen ökade detta värde till 6,1 sigma. Forskarna hoppas att de matematiska metoder de föreslog, tillämpas på liknande sönderfallskanaler, kommer också att öka uppskattningarnas precision avsevärt.

"De upptäckta avvikelserna försvinner inte i efterföljande analyser. Nu när den teoretiska beskrivningen av dessa processer har utarbetats, allt beror bara på den statistiska precisionen, som bestäms av antalet sönderfall som analyseras. Vi kommer förmodligen att ha en tillräcklig mängd inom två eller tre år för att bekräfta förekomsten av en anomali med en trovärdighet som ger oss rätt att tala om en upptäckt, "säger Dr Chrzaszcz.

Ursprunget för de observerade avvikelserna är fortfarande okänt. Många fysiker föreslår att en okänd elementär partikel utanför standardmodellen kan vara ansvarig för deras existens. En bra kandidat, till exempel, skulle vara Z -boson, föreslagits av teoretiker. Direkt verifiering av denna hypotes, dock, skulle kräva ytterligare experiment utförda på en accelerator som är kraftigare än den moderna LHC -konfigurationen.