Ett mått på en grundläggande princip för standardmodellen för partikelfysik – leptonsmakuniversalitet – fångad av ATLAS-detektorn vid Large Hadron Collider, rapporteras i en tidning publicerad i Naturfysik .

Fynden ersätter det långvariga resultatet från Large Electron-Positron Collider.

Vår förståelse av elementarpartiklar – universums byggstenar – och det elektromagnetiska, svaga och starka grundkrafter som verkar mellan dem, är formulerad i standardmodellen för partikelfysik. I teorin, elektroner, myoner och τ-leptoner representerar tre varianter (eller smaker) av en elektriskt laddad typ av elementarpartikel som kallas leptoner. Standardmodellen antar att styrkan hos kopplingarna mellan leptoner och partiklarna som förmedlar den svaga kraften – känd som 'W' eller 'Z' elektrosvaga gauge-bosoner – är oberoende av leptonsmaken. Denna långvariga princip, känd som leptonsmaksuniversalitet, har nyligen utmanats av experiment vid B-fabriker och vid LHC.

ATLAS-samarbetet – som involverade ett globalt team av forskare inklusive experter från Lancaster – studerade om denna "universella sanning" gäller för myonen och τ leptonen i cirka en halv miljon proton–protonkollisioner som registrerats med ATLAS-detektorn vid Large Hadron Collider . Genom att undersöka sönderfall av W-bosoner till τ-leptoner och myoner och mäta förhållandet mellan deras sönderfallshastigheter, författarna kunde dra slutsatsen att den svaga kraften interagerar med båda typerna av lepton på samma sätt.

Detta resultat från ATLAS Collaboration är den mest exakta mätningen hittills, med nästan dubbelt så hög precision som erhållits från experiment vid Large Hadron Colliders föregångare vid CERN – Large Electron–Positron Collider (LEP).

Lancaster University Physics Professor Guennadi Borissov sa:"Mätningarna vid LEP indikerade att det kan finnas en skillnad mellan sönderfall till olika sorters leptoner. Denna spännande antydan om avvikelse från standardmodellen har varit obekräftad i cirka 20 år. Även om våra senaste mätningar säkerhetskopiera inte resultatet av LEP, det har varit spännande att hitta ett nytt och anmärkningsvärt exakt sätt att testa detta med kraften från Large Hadron Collider, med Lancaster som kärnan i varje steg i analysen."

Professor Roger Jones, chef för Lancaster ATLAS-gruppen, sa:"Tester som våra av grundläggande teoretiska antaganden är för närvarande ett hett forskningsområde inom partikelfysik. Nya resultat från LHCb-experimentet, och mycket exakta mätningar av myoner gjorda av g-2-samarbetet (som också har Lancaster-fysiker i laget) har gett nya tips om att leptoner kanske inte alla beter sig på samma sätt som våra teorier förutspår.

"I kontrast, nya och mycket exakta mätningar visar att leptonerna på viktiga sätt verkligen beter sig på samma sätt. Det ska bli spännande att se om tipsen från andra experiment blir tydliga bevis. Om så är fallet, teorier kommer att behöva förklara våra starka bevis för att leptoner beter sig på samma sätt i den process som vi har studerat och ändå beter sig annorlunda i andra processer."