LHCb-samarbetet vid CERN har funnit att partiklar inte beter sig som de borde enligt partikelfysikens vägledande teori - Standardmodellen.

Standardmodellen för partikelfysik förutspår att partiklar som kallas skönhetskvarkar, som mäts i LHCb-experimentet, bör sönderfalla till antingen myoner eller elektroner i lika stor utsträckning. Dock, det nya resultatet tyder på att detta kanske inte händer, som skulle kunna peka på förekomsten av nya partiklar eller interaktioner som inte förklaras av standardmodellen.

Fysiker från Imperial College London och universiteten i Bristol och Cambridge ledde analysen av data för att producera detta resultat, med finansiering från Science and Technology Facilities Council. Resultatet tillkännagavs idag vid Moriond Electroweak Physics-konferensen och publicerades som ett förtryck.

Bortom standardmodellen

Standardmodellen är den nuvarande bästa teorin om partikelfysik, som beskriver alla kända fundamentala partiklar som utgör vårt universum och de krafter som de interagerar med.

Dock, Standardmodellen kan inte förklara några av de djupaste mysterierna i modern fysik, inklusive vad mörk materia är gjord av och obalansen mellan materia och antimateria i universum.

Forskare har därför letat efter partiklar som beter sig på andra sätt än vad som förväntas i standardmodellen, för att hjälpa till att förklara några av dessa mysterier.

Dr Mitesh Patel, från Institutionen för fysik på Imperial och en av de ledande fysikerna bakom mätningen, sa:"Vi skakade faktiskt när vi först tittade på resultaten, vi var så exalterade. Våra hjärtan slog lite snabbare.

"Det är för tidigt att säga om detta verkligen är en avvikelse från standardmodellen men de potentiella konsekvenserna är sådana att dessa resultat är det mest spännande jag har gjort på 20 år inom området. Det har varit en lång resa att komma hit ."

Naturens byggstenar

Dagens resultat producerades av LHCb-experimentet, en av fyra enorma partikeldetektorer vid CERNs Large Hadron Collider (LHC).

LHC är världens största och mest kraftfulla partikelkolliderare – den accelererar subatomära partiklar till nästan ljusets hastighet, innan du krossar dem i varandra. Dessa kollisioner producerar en explosion av nya partiklar, som fysiker sedan registrerar och studerar för att bättre förstå naturens grundläggande byggstenar.

Den uppdaterade mätningen ifrågasätter naturlagarna som behandlar elektroner och deras tyngre kusiner, muoner, identiskt, förutom små skillnader på grund av deras olika massor.

Enligt standardmodellen, myoner och elektroner interagerar med alla krafter på samma sätt, så skönhetskvarkar som skapats vid LHCb bör förfalla till muoner lika ofta som de gör till elektroner.

Men dessa nya mätningar tyder på att sönderfallen kan ske i olika takt, vilket skulle kunna tyda på att aldrig tidigare sett partiklar tippar vågen bort från myoner.

Imperial Ph.D. student Daniel Moise, som gjorde det första tillkännagivandet av resultaten vid Moriond Electroweak Physics-konferensen, sa:"Resultatet ger en spännande antydan om en ny fundamental partikel eller kraft som interagerar på ett sätt som de partiklar som för närvarande är kända för vetenskapen inte gör det.

"Om detta bekräftas av ytterligare mätningar, det kommer att ha en djupgående inverkan på vår förståelse av naturen på den mest grundläggande nivån."

Inte en självklarhet

Inom partikelfysik, guldstandarden för upptäckt är fem standardavvikelser – vilket betyder att det finns en chans på 1 på 3,5 miljoner att resultatet blir en slump. Detta resultat är tre avvikelser - vilket betyder att det fortfarande finns en chans på 1 på 1000 att mätningen är en statistisk slump. Det är därför för tidigt att dra några säkra slutsatser.

Dr Michael McCann, som också spelade en ledande roll i det kejserliga laget, sa:"Vi vet att det måste finnas nya partiklar där ute att upptäcka eftersom vår nuvarande förståelse av universum brister på så många sätt - vi vet inte vad 95% av universum består av, eller varför det finns en så stor obalans mellan materia och antimateria, inte heller förstår vi mönstren i egenskaperna hos partiklarna som vi vet om.

"Medan vi måste vänta på bekräftelse av dessa resultat, Jag hoppas att vi en dag kan se tillbaka på detta som en vändpunkt, där vi började svara på några av dessa grundläggande frågor."

Det är nu för LHCb-samarbetet att ytterligare verifiera sina resultat genom att sammanställa och analysera mer data, för att se om bevisen för några nya fenomen finns kvar. LHCb-experimentet förväntas börja samla in ny data nästa år, efter en uppgradering av detektorn.